Föreställ dig att du är en bonde som kämpar för att hålla jämna steg med produktionskraven på grund av det allt mer stressiga klimatet. Eller kanske är du en producent av förnybar energi som kämpar med dramatisk värme och väderlek. Med stigande temperaturer, solpaneler blir för varma för att fungera korrekt, och grödor kräver mer vatten, problem som förvärras av torka och klimatförhållanden.

Greg Barron-Gafford, docent vid University of Arizona, visar att en kombination av dessa två system – solpanelsinfrastruktur och jordbruk – kan skapa ett ömsesidigt fördelaktigt förhållande. Denna praxis att samlokalisera de två genom att plantera grödor i skuggan av solpaneler kallas agrivoltaics.

"I ett agrovoltaiskt system, "Barron-Gafford säger, "miljön under panelerna är mycket svalare på sommaren och förblir varmare på vintrarna. Detta minskar inte bara avdunstningshastigheten för bevattningsvattnet på sommaren, men det betyder också att växter inte blir lika stressade." Grödor som växer under lägre torkstress kräver mindre vatten, och eftersom de inte vissnar lika lätt mitt på dagen på grund av värme, de kan fotosyntetisera längre och växa mer effektivt.

I sydvästra USA, det finns ett överflöd av solljus, och det primära sättet att installera solpaneler är att packa dem tätt på en plats. Barron-Gaffords studie om fördelarna med agrovoltaik förändrar inte den tätheten, utan höjer helt enkelt panelerna så att grödorna växer i nästan full skugga. "Vad som är superintressant, " han förklarar, "är att vi kan skära ner cirka 75% av det direkta solljuset som träffar växterna, men det är fortfarande så mycket diffust ljus som gör det under panelerna att plantorna växer riktigt bra."

Barron-Gafford och hans team arbetar med bönder genom universitetets förlängningskontor, såväl som med kollegor på gården i Tucson-området, vid utformningen av testplanerna. De nuvarande agrovoltaiska försöken omfattar cirka 165 kvadratmeter, men större installationer på arbetande gårdar utvecklas under det kommande året. De har också ett nära samarbete med Department of Energy's National Renewable Energy Lab (NREL) för att arbeta mot konsistens i att utveckla planer för samlokaliseringsinstallationer.

Bönderna hjälper forskarna att besluta om provgrödor också. Varje vår och höst odlar de bönor, tomater, och ett par sorters paprika. De odlar högvärdiga örter och kryddor, visar den potentiella ytterligare vinsten som kan komma från att avsiktligt välja grödor som annars kanske inte växer bra under typiska förhållanden, men som nu kan växa bra i skuggan av solpaneler.

De fungerar också med bladgrönsaker som sallad, mangold, och grönkål, som verkar växa bättre i detta system. Växter i högljusmiljöer tenderar att ha mindre löv - en anpassning för att inte fånga för mycket solljus och överväldigande fotosyntessystemet. Växter i miljöer med svagt ljus växer större löv för att sprida ut det ljusfångande klorofyllet som låter växter ändra ljus till energi. Forskarna ser att i sina försök:basilikaplantor producerar större blad, grönkålsblad är längre och bredare, och mangoldbladen är större. Detta är nyckeln för dessa grödor eftersom bönder skördar de lummiga delarna av dessa växter.

Själva solpanelerna gynnas också av samlokaliseringen. På platser där det är över 75 grader Fahrenheit när soligt, solpaneler börjar underprestera eftersom de blir för varma. Avdunstningen av vatten från grödorna skapar lokal kylning, vilket minskar värmebelastningen på panelerna ovanför och ökar deras prestanda. Kortfattat, det är en win-win-win i sambandet mat-vatten-energi.

När det är dags att skörda skörden, det är faktiskt inget stort krångel, förklarar Barron-Gafford, eftersom jordbrukare kan använda mycket av samma utrustning. "Vi höjde panelerna så att de var cirka 3 meter (10 fot) från marken i den nedre änden så att typiska traktorer kunde komma åt platsen. Detta var det första som bönder i området sa att skulle behöva vara på plats för dem att överväga någon form av adoption av ett agrovoltaiskt system."

Den primära nackdelen med ett agrovoltaiskt system är kostnaden för extra stål för att höja panelerna, men Barron-Gafford tror att ökningar i avkastningen av livsmedel och besparingar i vatten skulle kompensera för denna extra investering. "Jag tror att den främsta anledningen till att fler producenter inte använder det här systemet ännu är bristande medvetenhet eller osäkerhet om dess potential, " han påstår.

Nu med bevis på fördelarna med detta förhållande mellan jordbruk och solceller, teamet letar efter ännu effektivare sätt att samlokalisera. Till exempel, de vill experimentera med solpaneler som kan flyttas till helt vertikala positioner, så att traktorer kan röra sig genom raderna av paneler för att komma till jorden och grödan utan att behöva höja panelerna alls.

Som sagt, Barron-Gafford säger att bönder inte behöver vänta på sådana framtida planer för att anta denna praxis, och inte solcellsföretag heller. För att dra nytta av agrovoltaik just nu, de behöver inte göra något mer än att höja masterna som håller panelraderna.

"Det är en del av det som gör det här aktuella arbetet så spännande, " han lägger till, "en liten förändring i planeringen kan ge massor av stora fördelar!"