あなたの屋上庭園は太陽光発電農場になるかもしれません

猫、風見鶏、そして時折バイオリンを弾く人々の縄張りだった屋根には、太陽光パネルが密集しつつあります。住宅や事業所の屋上は、太陽光が影に遮られることが少なく、また一般的に活用されていないスペースであるため、太陽光パネルを設置するのに理想的な場所です。太陽光発電所のために新たな土地を造成するよりも、既存の建物にパネルを追加する方が環境に優しいのです。

しかし、パネルで覆われた屋根でさえ、その潜在能力を十分に活用できていない可能性があります。屋上アグリボルタイクスと呼ばれる新しい科学分野は、もし屋根の下で作物を育てられたらどうなるかという問いを投げかけています。これは、典型的な小さな庭園である通常の緑の屋根ではなく、むしろ機能的な農場です。パネルは植物に日陰を提供し、収穫量を増加させるだけでなく、建物にも日陰を提供し、同時に冷房コストを削減し、建物にクリーンエネルギーを生成します。都市人口は2050年までに2倍以上に増加すると予測されています。人々が大都市圏に移住し続けるにつれて、屋上アグリボルタイクスは人々に食料を供給するだけでなく、都市生活をより快適なものにする可能性があります。

屋上は、植物が育つには実はかなり厳しい場所です。周囲に木々がなく、植物は突風と直射日光に常にさらされます。（そのため、緑の屋根には丈夫な多肉植物が適しています。）確かに植物は光を必要としますが、これほど多くは必要ありません。「植物は光呼吸モードと呼ばれる状態になり、光合成を効率的に行うには明るすぎて日差しが強すぎる状態になります」と、屋上アグリボルタイクスを研究しているコロラド州立大学の園芸家、ジェニファー・ブーセロ氏は言います。「植物は二酸化炭素ではなく酸素を吸収して分解しようとし始め、エネルギーを無駄にしてしまうのです。」

対照的に、森の仕組みを考えてみましょう。最も高い木々を除いて、すべての植物はある程度の日陰を得ています。林床に最も近い植物では、光は拡散し、周囲の表面に反射します。また、周囲に高い木々があるため、野外で育つ場合よりも風や気温の変化の影響を受けにくくなります。

アグリボルタイクスの考え方は、この森林環境を作物に再現することです。コロラド州では、科学者たちが陸上のアグリボルタイクスガーデンで実験を行っており、植物は日陰で大きく成長する傾向があることを発見しています。これはおそらく、より多くの光を吸収する必要性に対する生理学的反応であり、レタスなどの葉物野菜の収穫量増加に大きく貢献します。ピーマンも、アグリボルタイクスシステムでは直射日光下に比べて3倍の果実を生産します。さらに、日陰の植物は蒸発を引き起こす日光が少ないため、水使用量が通常の約半分で済みます。 

同じコンセプトは屋根の上でも応用できる。太陽光パネルが日陰を作り、植物が元気に育ち、水不足も軽減される。ブーセロ氏によると、屋根のパネルの下では夏は涼しく、冬は暖かく、パネルは防風林としても機能するという。周囲の景観に恩恵をもたらすために、植物は食用作物である必要はない。例えば、屋上アグリボルタイクスに在来植物を植えれば、地元の花粉媒介者に花を提供することができる。科学者たちは半透明の太陽光パネルの設計も検討しており、理論的には、屋外よりも日光をあまり必要としないが、完全な日陰には適さない植物種には効果的だ。

一方、植物はパネルの効率を高めます。植物はいわば汗をかき、光合成過程の一環として水蒸気を放出します。この水蒸気がパネルに上昇し、パネルを冷却します。これは理想的な効果です。なぜなら、太陽光パネルは過熱すると発電量が低下するからです。光子が原子に衝突し、高温で既に過剰励起状態にある電子を叩き出すことで電流が発生します。「冷却効果は実は電圧に良い影響を与えます」と、屋上設置型農業発電システムを開発するオクシデンタル・パワーのオペレーションマネージャー、カーマイン・ガロファロ氏は言います。「涼しい場所ほど、パネルの効率は高くなります。」そのため、科学者たちは、水の流れによって冷却効果を得られる運河の上に太陽光パネルを設置する方法も研究しています。

建物だけでなく都市全体の気温を下げることは非常に重要です。なぜなら、都市部は周囲の農村部よりも最大で華氏20度（摂氏約10度）も高温になることがあるからです。これはヒートアイランド現象として知られています。建造物は日中に太陽エネルギーを吸収し、夜間にゆっくりと放出しますが、田舎には太陽光パネルの下の作物のように、冷却効果を発揮するのに十分な植生があります。都市内でも気温は大きく異なることがあります。コンクリートが多い貧しい地域は、木々が多い裕福な地域よりも常に高温であり、気象学者たちは市当局に対し、この影響を緩和するために緑地を増やすよう促しています。