在西南地区，太阳能电池板可以同时帮助光伏发电和农作物

严酷气候下的耕作

“我们种出了手掌那么大的罗勒叶，”亚利桑那大学研究员格雷格·巴伦-加福德描述着在图森沙漠太阳能电池板下耕作的益处。

十二年来，巴伦-加福德一直在研究农业光伏技术——将太阳能电池阵列整合到耕作农田中的实践。这种做法包括在太阳能电池板下种植作物或其他植被（如授粉友好植物），有时还在这些绿地上放牧牲畜。虽然这是一个相对较新的概念，但根据OpenEI的数据，美国已经出现了至少604个农业光伏站点。

像巴伦-加福德这样的研究人员认为，除了产生无碳电力外，农业光伏技术还可以为日益炎热干燥的西南地区的农业带来一线希望，因为这些系统产生的阴影已被发现可以减少灌溉需求并消除作物的热应激。此外，在太阳能电池阵列下种植植物的冷却效果实际上可以使电池板工作得更好。

但挑战依然存在，包括一些农民对这种做法的态度和资金困难。

克服气候难题

虽然来自太阳能电池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，有助于减少导致气候变化的碳污染，但巴伦-加福德说，变暖的气候本身使太阳能电池阵列更难完成工作。他解释说，电池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。

他说：“你可以很快看出，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。”

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，根据国家气象局的数据，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，2000年至2023年西南地区的每个部分都经历了更高的平均温度。

然而，在太阳能电池板下种植植被——与在 somewhat贫瘠的土地上安装太阳能电池阵列的更传统方法相反——可以帮助冷却它们。在一组实验中，巴伦-加福德的团队发现，在太阳能电池阵列下种植香菜、西红柿和辣椒可使电池板表面温度降低约华氏18度。这是因为植物在呼吸过程中向空气中释放水分，在这个过程中它们用氧气交换二氧化碳。

“植物释放水分的这种无形力量实际上在冷却太阳能电池板，”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电池板的阴影下种植作物的想法时，有些人嘲笑他，但这种增加的遮阳罩实际上可以帮助它们更好地生长，特别是在西南地区，那里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的农田上整合了3,276块太阳能电池板，种植绿叶蔬菜和西红柿等作物。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耕作任务，她说他们能够生产出“ torso那么大的瑞士甜菜”。

“这些绿叶蔬菜长得非常大，”她说。“你必须把它们切碎才能放进冰箱。”

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

“植物在压力下会有更苦的味道，”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，他们在那里种植各种农产品，如豆类、洋蓟、土豆、羽衣甘蓝和罗勒。

“我们在不同的湿润冬季和干燥冬季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，我们在这里西南地区的干旱环境中看到了相等或更高的产量，在那里获得一些遮荫真的有益。”

与科罗拉多州一样，其中一些作物长到了史诗般的比例。

“我们种出了幼儿那么大的白菜，”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，以了解这在农业光伏环境中对不同作物的影响。

“像豆类或马铃薯植物这样高大茂密的东西与像胡萝卜这样地上部分较薄的东西相比，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，我会说我们能够将灌溉减少一半以上。”

他们正在与杰克太阳能农场合作在科罗拉多州进行水研究，到目前为止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机会。与热有关的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在极端高温条件下的情况增加四倍。

但是有了田间的太阳能电池阵列，“如果你仔细计划你的一天，你可以在阴凉处工作，”凯利说，这个因素有助于在热天增加工人安全。

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

“我不知道未来会怎样”

尽管农业光伏有好处，但购买太阳能电池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数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的数据，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年住宅太阳能电池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。除了他从耕作中赚取的收入外，所有由电池阵列产生的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感兴趣农业光伏的农民的一种资源，提供贷款和赠款以帮助安装太阳能。然而，不清楚在当前联邦支出削减中这个计划将如何推进。

与此同时，巴伦-加福德说，他依赖的一些联邦赠款计划突然停止，使他的研究陷入危险。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，在太阳能电池板周围耕作类似于在“障碍课程”中工作。她和她的团队大部分手工工作，已经找到了通过注意周围环境来绕过它们的方法，这样他们就不会意外碰撞电池板或用工具撞击它们。自从科米内克投资80,000至100,000美元抬高他农场的电池板后，这项工作也变得更容易，这更好地允许动物、较高的作物和耕作设备在下面操作。

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怀疑态度，担心农业光伏可能使耕作农田停用，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跑太阳能项目，一个800兆瓦的项目，将包括300兆瓦的电池存储、4,000英亩的作物和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。该项目的反对者担心其视觉影响和农田的潜在损失。

美国农田信托的一项调查发现，科罗拉多州的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，而不是高生产力或积极耕作的土地上。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电池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种情况极不可能发生，但没有理由不将土壤采样研究纳入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、增加有机质数量和利用更凉爽、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。“因为那样你更能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，但她认为农业光伏是一种让他们保持农业土地生产的同时也从太阳能电力中受益的方式。

“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，并补充说在他所在的科罗拉多州地区，只会变得更热更干，使农业光伏成为耕作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什么改变，以帮助人们适应我们未来气候和景观的样子，”他说。“农业光伏是一种气候适应工具，随着几十年的过去，将 benefit任何建造此类系统的社区。”