在西南地区，太阳能板可同时促进光伏发电与农作物生长

严酷气候中的耕作

“我们种出了手掌大小的罗勒叶，”亚利桑那大学研究员格雷格·巴伦-加福德描述他们在图森沙漠太阳能板下种植作物的成果。十二年来，巴伦-加福德一直研究农业光伏技术——将太阳能阵列整合到农田中的实践。这种做法包括在太阳能板下种植作物或其他植被（如授粉植物），有时还在此放牧牲畜。根据OpenEI数据，尽管这是个相对较新的概念，但美国已涌现至少604个农业光伏基地。

像巴伦-加福德这样的研究人员认为，除了产生无碳电力外，农业光伏技术可能为日益炎热干燥的西南地区农业带来一线希望，因为这些系统产生的阴影已被证明能减少灌溉需求并消除作物的热应激。此外，在太阳能阵列下种植植物的冷却效果实际上可以提高光伏板的工作效率。

但挑战依然存在，包括一些农民对此做法的态度和资金困难。

克服气候难题

虽然来自太阳能板等来源的可再生电力是最常被吹捧的能源解决方案之一，以帮助减少导致气候变化的碳污染，但巴伦-加福德表示，变暖的气候本身使太阳能阵列更难工作。他解释说，光伏板的最佳工作温度约为华氏75度。超过这个温度，任何温度升高都会降低光伏电池的效率。

“你可以很快看到，这种应对气候变化的解决方案——转向更多可再生能源——本身对气候变化很敏感，”他说。

这个问题在西南地区尤其相关，那里历史性的高温正在稳步上升。例如，根据国家气象局数据，图森在2024年经历了破纪录的112天三位数高温，美国环境保护署报告称，与1895年至2023年的长期平均值相比，西南地区的每个部分在2000年至2023年期间都经历了更高的平均温度。

然而，在太阳能板下种植植被——与在 somewhat 贫瘠土地上安装太阳能阵列的传统方法相反——可以帮助冷却它们。在一组实验中，巴伦-加福德的团队发现，在太阳能阵列下种植香菜、番茄和辣椒可使光伏板表面温度降低约华氏18度。这是因为植物在呼吸过程中（它们在此过程中交换氧气和二氧化碳）向空气中释放水分。

“植物释放水分的这种无形力量实际上冷却了太阳能板，”巴伦-加福德说。

提供遮荫

虽然巴伦-加福德说，当他首次提出在太阳能板阴影下种植作物的想法时，有些人嘲笑他，但这种增加的遮阳实际上可以帮助作物更好地生长，特别是在西南地区，许多后院园丁已经使用遮阳布来保护他们的花园免受炽热。

“许多人不明白，在科罗拉多州和西部大部分地区，大多数植物获得的光照远远过多，”科罗拉多州博尔德县杰克太阳能花园的所有者/经理拜伦·科米内克说，该花园于2020年开始实施农业光伏。“有一些遮荫对它们有益。”

杰克太阳能花园在约四英亩农田上整合了3,276块太阳能板，种植绿叶蔬菜和番茄等作物。与非营利组织斯普劳特城市农场合作的梅格·凯利帮助杰克太阳能花园完成农业任务，她说他们能够生产“ torso 大小的瑞士甜菜”。

“绿叶蔬菜长得非常大，”她说。“你必须切碎它们才能放进冰箱。”

她补充说，遮荫似乎改善了蔬菜的风味并防止它们抽薹，即植物过早产生花朵和种子，将能量从叶或根生长转移开。

“植物在压力下可能会有更苦的味道，”她解释说。“所以我们种植的芝麻菜不那么苦或辣。它更甜。菠菜也更甜。”

巴伦-加福德和他的团队在亚利桑那州也看到了同样的情况，他们种植各种农产品，如豆类、洋蓟、土豆、羽衣甘蓝和罗勒。

“我们在不同的湿冬和干冬以及异常炎热的夏季、干燥夏季、平均或接近平均的夏季种植了30多种不同的东西，”他谈到太阳能遮荫作物时说。“在我们所做的一切中，我们在西南干旱地区看到了相等或更高的产量，那里确实受益于一些遮荫。”

与科罗拉多州一样，其中一些作物长到了史诗般的比例。

“我们种出了幼儿大小的白菜，”巴伦-加福德说。

所有这些遮荫在干旱的西南地区提供了另一个重要好处——作物需水量降低。因为直接照射地面的阳光减少，降低了蒸发率，这意味着灌溉后水在土壤中停留的时间更长。巴伦-加福德和他的团队在过去七年左右一直在进行实验，以观察这在农业光伏环境中不同作物上的表现。

“在像豆类或马铃薯植物这样高大茂密的作物下，与像胡萝卜这样地上部分较薄的作物相比，蒸发率是多少？”是巴伦-加福德说他们试图回答的问题之一。“在大多数情况下，我会说我们能够减少一半以上的灌溉。”

他们与杰克太阳能农场合作在科罗拉多州进行水研究，并至今在那里发现了类似的结果。

这种遮荫在变暖的世界中还有另一个好处——为农场工人提供喘息。热相关疾病对户外工作的人来说是一个日益严重的问题，最近的一项研究预测，到2065年，气候变化将使美国户外工人暴露于极端高温条件的风险增加四倍。

但随着田间太阳能阵列的出现，“如果你仔细计划你的一天，你可以在阴凉处工作，”这个因素有助于在热天提高工人安全，凯利说。

农业太阳能信息中心在美国多个地点进行了太阳能板下和全日照下的皮肤温度读数，发现博尔德的皮肤温度降低了15.3华氏度，凤凰城降低了20.8华氏度。

“我不知道未来会怎样”

尽管农业光伏有好处，但购买太阳能阵列的前期成本仍然是农民的障碍。

“一旦人们看到农业光伏的潜力，你就会遇到下一个挑战，即如何资助某人在他们的地点进入这个领域？”巴伦-加福德说。“根据农民拥有的资本量或获得资本的机会，你会得到截然不同的答案。”

虽然费用取决于安装规模，但根据农业太阳能信息中心，一个25千瓦的系统需要大约67,750美元的前期成本。相比之下，该组织表示，2018年住宅太阳能阵列的中等规模约为6千瓦，安装成本约为16,260美元。

科米内克说，在他的科罗拉多州农场实施1.2兆瓦容量农业光伏设置的总初始成本约为200万美元，但投资已经收回。除了农业收入外，阵列产生的所有能源都通过当地公用事业公司出售给社区客户，为农场赚钱。

美国农村能源计划一直是 interested 农民的一个资源，提供贷款和赠款以帮助安装太阳能。然而，在当前联邦支出削减的情况下，尚不清楚该计划将如何推进。

与此同时，巴伦-加福德所依赖的一些联邦赠款计划突然停止，他说，使他的研究处于危险之中。但是，随着联邦支持的枯竭，一些州正在用自己的资金机会推进农场太阳能项目的发展。例如，科罗拉多州的农业光伏研究与示范赠款为农业光伏示范、研究项目和推广活动提供资金。

还有其他挑战。例如，凯利说，在太阳能板周围耕作类似于在“障碍课程”中工作。她和她的团队主要手动工作，已经找到了绕过它们的方法，通过注意周围环境，以免意外碰撞面板或用工具撞击它们。自从科米内克投资80,000至100,000美元抬高他的农场面板后，这项工作也变得更容易，这更好地允许动物、较高作物和农业设备在下面操作。

尽管如此，2025年亚利桑那大学的一项研究采访了亚利桑那州皮纳尔县的农民和政府官员，发现其中一些人质疑农业光伏与大规模农业的兼容性。

“我认为这是一个好主意，但唯一的事情……它不会成本效益高……现在一切随着劳动力和一切成本，燃料，拖拉机，它几乎必须超级大……以尽可能少的人做尽可能多的事，”一位农民说。

许多农民也对太阳能持谨慎态度，担心农业光伏可能使农田停止使用，影响他们当前的运营或使土壤恶化。

这些恐惧被更大的公用事业规模倡议放大，如俄亥俄州计划的橡树运行太阳能项目，一个800兆瓦的项目，将包括300兆瓦的电池存储、4,000英亩作物和1,000只放牧绵羊，这将是该国迄今为止最大的农业光伏努力。项目反对者担心其视觉影响和农田的潜在损失。

美国农田信托调查发现，科罗拉多州农民更希望公用事业规模的太阳能项目位于生产力较低或未充分利用的农田上，而不是高生产力或 actively 耕种的土地上。他们还对太阳能项目可能对农场生产力和土地健康（包括土壤质量）产生的潜在负面影响表示担忧。

巴伦-加福德说，一些农民还担心太阳能板可能将金属浸出到地面，污染他们的作物。但是，虽然农业光伏系统的组装方式使这 highly 不可能，但没有理由不将土壤采样研究添加到他们正在做的工作中以 reassure 农民，他补充说。

农业光伏倡导者说，这种做法实际上可以通过减少侵蚀、增加有机质数量并通过更凉爽、更潮湿的条件增强土壤生物学来改善土壤健康。

“我希望更多的人花时间倾听实地人员和经历这些转型的人，”巴伦-加福德补充说。“因为那样你更理解他们的动机或担忧实际上是什么。”

“我们不必选择”

虽然凯利理解农民的担忧，但她将农业光伏视为他们保持农业土地生产同时从太阳能中受益的一种方式。

“许多社区的紧张局势似乎是，人们不希望看到农业土地停止生产以引入太阳能农场，”她说。“这里的想法是我们不必选择。我们可以两者兼得。”

科米内克鼓励人们设想我们的景观和气候在未来20到30年会是什么样子，并补充说，在科罗拉多州他所在的部分，只会变得更热和更干燥，使农业光伏成为农业和清洁能源生产的智能解决方案。

“世界各地的社区需要弄清楚他们现在需要做出哪些改变，以帮助人们适应我们未来的气候和景观，”他说。“农业光伏是一种气候适应工具，随着 decades 过去，将 benefit 任何建造此类系统的社区。”