Samutvecklande mark för både solcellsenergi och jordbruk skulle kunna ge 20 % av den totala elproduktionen i USA med en investering på mindre än 1 % av den årliga amerikanska budgeten, ett nytt papper från Oregon State University forskare fann.

Storskalig installation av agrovoltaiska system kan leda till en årlig minskning med 330, 000 ton koldioxidutsläpp i USA – motsvarande 75, 000 bilar av vägen per år – och skapandet av mer än 100, 000 jobb på landsbygden, samtidigt som det påverkar skörden minimalt, säger forskarna.

"Agrivoltaics ger en sällsynt chans till verklig synergi:mer mat, mer energi, lägre vattenbehov, lägre koldioxidutsläpp, och mer välmående landsbygdssamhällen, " sa Chad Higgins, en docent vid Oregon State College of Agricultural Sciences och seniorförfattaren till artikeln publicerad i tidskriften Sustainability.

Agrivoltaics är också i linje med målen för Green New Deal, ett paket med federal lagstiftning som syftar till att ta itu med klimatförändringar och ekonomiska ojämlikheter, sa Higgins.

"Landsbygdsamerika, jordbruket i synnerhet, kan vara lösningen på många av våra problem, oavsett om det är förnybar energi, mildra klimatförändringens effekter, hållbar mat eller god vattenresursförvaltning, Higgins sa. "Den kopplingen är outnyttjad mestadels för att det inte har funnits tillräckliga investeringar i dessa samhällen.

"Det vi föreslår i den här uppsatsen är allt möjligt. Det är tekniskt möjligt. Det är politiskt möjligt. Och det skulle tjäna pengar efter den initiala investeringen. Det är det som kan ta bort - att vi bör ta en hård titt på jordbruket som en lösning på problem snarare än ett problem. orsak till problem."

Analysen som beskrivs i artikeln förbereder Higgins för nästa fas av sin agrovoltaikforskning, som inkluderar installationen av en fullt fungerande solgård utformad för att prioritera jordbruksaktiviteter på fem hektar av Oregon State North Willamette Research and Extension Station i Aurora, Oregon, 32 km söder om Portland.

Nästa fas syftar till att visa för jordbrukssamhället och potentiella framtida finansiärer hur Higgins resultat kan tillämpas i verkliga jordbrukssystem för att uppmuntra tidig adoption. Marken förväntas vara bruten i maj 2021 och produktionen förväntas starta 2022.

I hållbarhetsdokumentet, Higgins och hans medförfattare, Kyle Proctor, en doktorand i sitt labb, upptäcka att ett område ungefär lika stort som Maryland skulle behövas för att agrovoltaik ska kunna möta 20 % av USA:s elproduktion. Det är ungefär 13, 000 kvadratkilometer, eller 1 % av nuvarande amerikansk jordbruksmark.

Kostnaden för de agrovoltaiska matriserna skulle vara 1,12 biljoner dollar under en 35-årig projektlivslängd. Forskarna tror att den privata sektorn skulle investera i huvuddelen av byggkostnaderna med den federala regeringen som bidrar med rabatter och andra incitament.

Med hjälp av pengar som genereras från elektriciteten som matriserna producerar, forskarna uppskattar att det skulle ta cirka 17 år att betala tillbaka 1,12 biljoner dollar. Efter projektets beräknade 35-åriga livslängd, forskarna uppskattar att arrayerna skulle ge 35,7 miljarder dollar i intäkter.

Installation av arrayerna skulle skapa motsvarande 117, 000 jobb i 20 år, där 40 % är hållbara positioner för drift och underhåll av arrayerna, säger forskarna.

Higgins kommer till detta projekt med en eklektisk bakgrund. Han gick igenom en självbeskriven ingenjörsexamen och har publicerat artiklar om allt från enzymreaktionskinetik till snöfysik till turbulensteori.

Den breda bakgrunden kom väl till pass en dag 2013 när han strosade på sin "tänkande promenadväg" på Oregon State campus. Han märkte grönare betesmarker under nyligen installerade solpaneler. Utifrån hans bakgrund studerade vatten, lantbruk, förnybar energi, maskin- och anläggningsteknik, han började fundera på agrovoltaikforskning.

Hans första forskning fokuserade på effekten solpaneler hade på grödor som planterats runt dem. Den forskningen, tillsammans med arbete av andra forskare, har visat att skörden är beroende av typen av gröda, men i slutändan, när värdet av den el som genereras av solpanelerna ingår, det finns en ekonomisk nettonytta av de agrovoltaiska systemen.

Med blicken mot framtiden, Higgins tror att den omfattande installationen av agrovoltaiska system öppnar dörren för andra tekniker. Överskottsenergin som genereras av solpanelerna kan användas för att driva elektriska traktorer eller för att generera gödsel på en gård. Billiga sensorer skulle kunna installeras på solpanelsplattformarna för att stödja artificiell intelligens baserade beslut för att förbättra jordbrukets produktivitet.

"När vi har infrastruktur, när vi väl har energi, vi är redo att ta itu med så många fler stora problem, " sa Higgins.