農地にソーラーパネルを「植える」ことで作物の損失を防ぎ、クリーンエネルギーを生成できる可能性がある
気候変動による気温の上昇は作物の収量と牧場の動物の健康を脅かしているが、農業研究局（ARS）の研究チームは作物や家畜を救うだけでなく、農場や国家の電力供給にも役立つ計画を立てている。
この計画には、米国南西部の畑や牧場に太陽光パネルを設置することが含まれている。発電に加えて、パネルの日陰は植物や動物の過熱を防ぐカバーとしても機能します。その結果、グリーン作物とグリーン エネルギーの両方が生まれ、農家や牧場主にも収入をもたらすことができるエネルギーとなります。
ニューメキシコ州ラスクルーセスにあるARS綿繰り研究所の農業エンジニア、デレク・ホワイトロック氏によると、米国は再生可能エネルギーを生産するためにさらに多くの太陽電池パネルを必要としている。牧場や農地の多くは平坦で日当たりが良いため、この 2 つを 1 つの場所に統合するというアイデアは理にかなっています。
「食物の栽培と太陽からのエネルギー生産の両方に土地を利用するという『アグリボルタクス』と呼ばれるアイデアがあります。 農業iカルチャー+写真ボルタ発電所」と彼は言いました。 「私たちは、太陽が多く水が少ないニューメキシコ州などの西部の州で農業発電を探求する研究に取り組んでいます。」
この計画の重要な要素の 1 つは、ソーラー パネルで太陽光を捉えることに加えて、作物に暑さから逃れるために日陰を提供することです。
「夏の間、正午の太陽は本当に明るくて暑いです」とホワイトロック氏は語った。 「太陽電池パネルは、一日の中で最も暑い時間帯に作物に日陰を提供するため、作物はより涼しく成長し、必要な水の量が減ります。」家畜は暑さから逃れるために高いパネルアレイの下で放牧することもできます。
ニューメキシコ州ラスクルーセスの休耕地に建設された、典型的な実用規模の単軸追跡装置。ソーラーパネルは台座上で地上4フィートの高さに設置されており、太陽に追従して東から西に回転します。 (写真提供：デレク・ホワイトロック)
研究チームは、スチール製の支持体上の圃場に取り付けられる数種類の農業用発電パネルアレイを使用して研究を行っています。南の空に面するように固定されているアレイもあれば、太陽を追跡するモーターを備えているアレイもあり、パネルに一日中最大限の太陽光が当たるようになっています。パネルはトラクターやその他の農機具がパネル間を移動できるように十分な間隔をあけて設置されており、一部のパネルはその下で家畜が放牧できるように8～10フィートの高さに設置されている。
各太陽電池アレイには、太陽からの光エネルギーを吸収する 60 個の太陽電池が含まれています。太陽エネルギーにより、半導体材料内の電子が電位を生成し、それによって電流が流れます。農場の太陽光発電パネルによって生成された電気は、農場で灌漑ポンプ、冷凍、その他の処理装置に電力を供給するために使用できます。後で使用するために電池に保管します。または地元の電力網に販売されます。
「アグリボルタクスは、ヨーロッパ、日本、韓国で約 10 年間研究対象となってきました」と、元 ARS 科学者であり、このプロジェクトを支援し続けているポール・ファンク氏は述べています。 「私たちの仕事は、特に部分日陰や一日のさまざまな時間帯の日陰に対する作物の反応を調べることによって、既存の研究を発展させることです。」
ファンク氏によると、すべての植物には光飽和点と呼ばれる独自の「理想的な」光要件があり、通常は晴れた日に利用できる光量の半分以下であるという。
「過剰な光は植物を加熱する可能性があります。植物は涼しさを保つために水を蒸発させます。植物が涼しさを保つのに十分な水を吸収できなくなると、葉の孔が閉じて光合成が停止します」とファンク氏は言う。 「暑い午後、太陽が降り注ぐ植物はまったく成長しないかもしれません。」
「これらの状況は部分的な日陰によって緩和できます。これは、多くのアグリボルタ実験において、日陰のない対照区よりもアグリボルタ下の方が植物の成長と作物の収量が高い理由を説明しています」とファンク氏は説明した。 「植物がソーラーパネルのより多くのエネルギー生成を助ける可能性もあります。植物は水を蒸発させ、周囲の気温を下げます。これにより太陽光発電パネルが下から冷却され、太陽光発電パネルはより低い温度でより多くの電力を生成します。」
家畜に涼しい空間を提供することも非常に重要です。高温は動物の摂食効率、成長率、生殖成功率を低下させ、病気を増加させる可能性があります。の 熱ストレスによる総経済損失 南西部の一部の州では、乳牛の頭数は年間約 1 億 7,000 万ドルに上ります。
ラスクルーセスのARS Range Management Researchユニットの生態学者であるBrandon Bestelmeyer氏によると、このアグリボルタクスプロジェクトは2つの製品（作物または牧場での生産と太陽エネルギー）を組み合わせており、その相乗効果により、どちらか一方だけで達成できるよりも大きな利益が生み出されるという。
「太陽エネルギー生産と農業の組み合わせには、ある程度のコストがかかるかもしれないが、農業生産、節水、生物多様性、炭素貯留などの多くの生態系サービスにとっても利点があるかもしれない」と同氏は述べた。
ラスクルーセスの ARS の研究者たちは、ニューメキシコ州立大学の同僚と協力して、代替農業設計を評価し、農地と放牧地の場所を選択しています。チームはこれらの現場で実験を実施し、作物や牧場の生産や、日中の日陰、地温、土壌水などの環境測定に対する設計の影響をテストする予定だ。これらの最初の実験は、将来的に新しいデザインを作成するための基礎となります。
「農業とエネルギー開発は通常、土地利用の競合として考えられており、どちらかの利害関係者が敗者となる」とベステルマイヤー氏は述べた。 「アグリボルタティクスの研究は、すべての利害関係者にとって双方に利益をもたらすことを目指しています。」 – ARS 通信局、Scott Elliott 著
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