太陽能板能跟生態共存？從2個案例看生態光電的顛覆性實驗
面對氣候變遷和不斷攀升的用電需求，全球能源系統正處於轉型的關鍵時刻。國際能源總署（IEA）在2024年7月所發表的《2024年電力市場期中報告》指出，全球電力需求預計在近兩年迎來最快的成長，推估用電成長率將達到4%。氣候變遷所帶來的高溫熱浪，也是使得電力需求增加的原因之一，再生能源發展成為十分重要的課題之一」。
環境保護與能源開發間的拉力
長期以來，美國聯邦土地主要用於放牧、採礦及化石燃料開採，其中化石燃料企業長期以低成本租賃聯邦土地進行開採。截至2023年，再生能源產業僅有4%的裝置容量（即發電能力）位於聯邦土地上，涵蓋風力發電場、地熱設施及太陽能光電場。為進一步探索聯邦土地在再生能源發展上的潛力，美國國家再生能源實驗室（NREL）近期發表了一份技術報告，深入分析相關機會與挑戰。
在這項報告中，NREL透過高解析度影像與地理資訊系統（GIS）評估適合發展再生能源的土地特徵，並考量電網基礎設施的可用性，制定出7種可行的發展情境，以最大化再生能源開發。這些情境考量了土地可用性、環境影響及經濟可行性，以尋找最佳再生能源部署方案。「這7種情境皆能在2035年達成100%無碳電力的目標，並且至少直至2050年仍能持續進行高電氣化發展（指更廣泛地使用電力驅動各種設備）。」NREL表示。研究指出，美國聯邦土地具備5750GW的技術性太陽能發電潛力。然而，當考量實際開發限制時，這個數字大幅下降，但仍有高達1750GW的可行容量，顯示聯邦土地在能源轉型中的潛在價值。如何平衡能源發展和環境保護？生態光電或許能為聯邦土地的利用提供一種新的可能性。
草原與太陽能板共存？Aurora電廠的創新實驗
這份研究報告所提及的7種發展情境，包含太陽能、風能和地熱發電等所需的土地面積，大多僅需使用少於200萬英畝（81萬公頃），僅佔所有聯邦土地面積的0.5%以下，且不到總可開發土地面積的5%。美國聯邦政府擁有廣袤的土地，總面積約為6.4億英畝，而這200萬英畝僅佔其中極小的比例。然而，即使受到影響的土地面積在統計上微不足道，仍可能對生態造成衝擊，例如物種棲息地喪失、生態系統破壞等。此時，兼顧能源生產與生態保護的「生態光電」（ecovoltaics），無疑是值得期待的解決方案。
2024年11月份NREL發表了首個針對生態光電長期研究的成果。該研究旨在評估在太陽能電廠周圍環境中進行原生草原復育的可行性和生態效益，為生態光電的發展提供科學依據。這項研究由NREL、阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory，ANL）、學術研究人員及生態服務公司MNL合作進行，研究地點為明尼蘇達州的Aurora太陽能電廠，該電廠由開發商Enel Green Power持有，包含3座公用規模的太陽能陣列（指大型、為電網提供電力的太陽能發電設施）。NREL聲明，這項研究僅涵蓋了單一地區的其中一種生態系統，太陽能陣列與其他地區棲地復育的相互作用，仍需要進一步探討。同時，太陽能的全部影響亦尚未顯現，以Aurora電廠為例，草原植被的完全發展約需3-4年，部分物種甚至需要長達6年的時間才能出現。
儘管存在局限性，這項研究仍共同表明明尼蘇達州的原生草原，可以在太陽能發電廠周遭的環境中復育，包含太陽能板下方及太陽能板之間。太陽能板可以提供遮蔭，協助改善土壤環境，使植被能在部分陰影中茁壯成長。研究人員也發現，當草原復育成功後，區域內的授粉媒介與生態保護區內相當，授粉媒介的增加不僅有助於維持生態系統的平衡，還能提高鄰近農田的作物產量，且鄰近的農田授粉媒介活動也增加了。隨著新的植物物種不斷湧現，研究也持續在進行當中。這項研究的成果無疑為生態光電在公共土地上的應用前景注入了強心針。
讓綿羊成為太陽能場的最佳園丁
另一個太陽能發展的可能則是農電共生（agrivoltaics），也就是將土地同時用於太陽能生產與農業的方法。太陽能光電場多架設在陽光明媚、平坦的土地上，而這樣的條件也正是牲畜放牧的理想場所，因此發電廠多數願意與農民協調使用，而非互相競爭。根據NREL提供的數據，美國有超過60個太陽能放牧的專案正在進行；美國太陽能放牧協會亦表示，目前全美有27個州參與這種做法。再生能源公司SB
Energy 資產經理James Hawkins表示：「過去，太陽能產業傾向依賴汽油動力割草機，但這有點與再生能源的目的相互矛盾。」透過太陽能放牧，不僅可以減少對汽油動力割草機的依賴，降低碳排放，還可以讓動物在太陽能光電場工作，也為美國近年來陷入困境的綿羊和羊毛市場提供了一些幫助。
牧羊人JR Howard意外發現自己身處的德州正在積極發展能源轉型，2021年他和他的家人便與太陽能廠簽約，在一個擁有數十萬太陽能組件的光電場中，他的綿羊負責為光電場除草。現在，他的畜牧場已經成長到擁有8千多隻綿羊和26名員工的大規模，而他將他的公司命名為Texas Solar Sheep。德州聖安吉洛的另一位養羊農民和太陽能植被管理員Reid Redden說道：「太陽能放牧可能是幾代人以來，美國綿羊產業擁有的最大機會」。他表示，在南德州太陽能發電廠附近的農村社區，對於太陽能放牧的反應十分積極，而他也在那裡飼養綿羊供太陽能廠使用。Redden補充說：「我認為太陽能放牧減輕了大型太陽能發電廠進駐所帶來的衝擊和震驚」。
但與生態光電相同，農電共生的影響亦有許多未知之處。德州農工大學再生系統生態學助理教授Nuria Gomez-Casanovas表示，現階段沒有足夠的研究來了解長期的環境影響，如土壤對於未來農業的可行性等，並且在不同個案之間，土地生產力並不比單獨進行太陽能產業或農業來得高。儘管農電共生和生態光電都面臨著研究不足的挑戰，但它們都為我們提供了一種在發展再生能源的同時，兼顧環境保護和社區利益的全新思路，現階段，仍有許多需要持續關注的部分。
參考資料：
- Growing the Business of Ecovoltaics: New Opportunities on Federal Land （Triple Pundit）
- Sheep in Texas are helping the solar industry. It’s mutually beneficial （Fast Company）
- 《世界電力新聞週報》選讀42—全球電力市場年中預測 電力需求將強勁成長 （台電月刊）
本文授權轉載自《社企流》（原文標題：放太陽能板的地方只能用來發電？一探生態光電的顛覆性實驗）
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