Съвместно локализиране на слънчева енергия, култури, добитък в агроволтаични проекти

Слънчевата енергия е централна за моделите на екологична устойчивост, но не всички проекти се изграждат еднакво. Едно притеснение в развитието на енергията, възобновяема или друга, е концепцията за „енергийно разрастване“, което е отделяне на земя за производство и разпределение на енергия.

Околна среда Калифорния изчислява, че слънчевата енергия на покрива може да попречи на развитието на 148,000 акра земя в сравнение с монтиран на земята модел само за комунални услуги. Това се основава на изчисленото от държавен регулатор разполагане на 28,5 GW слънчева енергия на покрива до 2045 г., за да се постигнат целите за чиста енергия. Това е площ около половината от Лос Анджелис, която може да бъде запазена.

Слънчевата енергия е приветствана заради способността си да бъде интегрирана в застроената среда, поставена на покриви, интегрирана във фасади на сгради, върху навеси за автомобили и т.н. Въпреки това, за да се изпълнят агресивните цели за декарбонизация и да се постигне 100 процента система за възобновяема енергия, наземната слънчева енергия също ще са необходими. Тук може да се намеси агриволтаиката, практиката за съвместно производство на слънчева енергия със земеделски функции.

Изследване на Орегонския държавен университет установи, че слънчевата и селскостопанската съвместна работа могат да осигурят 20 процента от общото производство на електроенергия в Съединените щати. Широкомащабното инсталиране на агриволтаици може да доведе до годишно намаление от 330 000 тона на емисиите на въглероден диоксид, като същевременно "минимално" въздейства върху добива на реколтата, казаха изследователите.

Документът установи, че ще е необходима площ с размерите на Мериленд, ако агриволтаиците трябва да покриват 20 процента от производството на електроенергия в САЩ. Това е около 13000 квадратни мили, или 1 процент от сегашната земеделска земя в САЩ. В глобален мащаб се изчислява, че 1 процент от цялата земеделска земя би могла да произведе необходимата на света енергия, ако се преобразува в слънчева фотоволтаична енергия.

Биосфера 2

Agrivoltaics прави повече от това да запазва земята и да се възползва максимално от един акър. Има взаимодействие между слънчевите масиви и селскостопанските дейности по-долу.

Например, екип от изследователи от Университета на Аризона, който управлява агриволтаичен тестов център в Biosphere 2, напълно самостоятелна закрита „естествена“ среда, установи, че културите подобряват производителността на слънчевите масиви, а слънчевите масиви подобряват добива на културите в сухи среди.

Екипът на Biosphere установи, че сянката, осигурена от фотоволтаичната система, намалява изпарението, което означава, че водата ще остане на повърхността по-дълго и по-добре ще изхранва културите, отколкото сухоземното земеделие на открито. Това не само спестява вода, но кара растенията да растат по-силни, което води до по-добър добив. Освен това засенченото пространство, осигурено от панелите, кара растенията да се разпространяват, търсейки слънчева светлина. При опитите агриволтаичният засенчен лист беше почти два пъти по-голям от този на открито.

В сух климат като този, който заобикаля Биосфера 2, често може да има твърде много светлина и топлина, за да растат растенията правилно. Сянката на панела спомага за създаването на по-добри условия за растенията. Същото важи и за слънчевите панели, които произвеждат по-малко енергия при високи температури. Едно конвенционално слънчево съоръжение може да премахне цялата растителност отдолу, което в големите слънчеви масиви причинява проучен ефект на топлинен остров.

Излишната слънчева енергия, която не се преобразува в електричество, може да напусне района по два начина: или като латентна топлина, или като чувствителна топлина. Чувствителната топлина е типът, който можем да усетим, и типът, който е вреден за слънчевото фотоволтаично производство. Скритата топлина е енергията, която се абсорбира от близката вода, изпарявайки се в пара. Чрез добавяне на култури отдолу в сух климат, вие добавяте повече латентна абсорбция на топлина, премахвате топлинния натиск от панелите и повишавате производството и жизнения цикъл.

Фермерите със сух климат също могат да се насладят на работата с агриволтаици. Предварителните данни от центъра показват, че температурите на кожата са с около 20 градуса по Фаренхайт по-ниски от тези при отглеждане на открито.

Проект InSPIRE

Националната лаборатория за възобновяема енергия (NREL) проучва много възможности за агриволтиаци, включително поставяне на едър рогат добитък или овце, култури, щадящи опрашителите местни растения или рехабилитация на почвата и други екосистемни услуги в същия парцел земя като активни слънчеви масиви.

Основният изследователски проект на NREL за агриволтаика се нарича Иновативни слънчеви практики, интегрирани със селските икономики и екосистеми (InSPIRE). Проектът InSPIRE разработи финансов калкулатор за количествено определяне на ползите от практиката. Той също така разработи списък с най-добри практики за тези, които се интересуват да навлязат в областта. Освен това InSPIRE проследява всички активни сайтове за агриволтаика в САЩ, които могат да бъдат намерени тук.

„Чрез нашата работа, която обхваща множество региони, конфигурации и селскостопански дейности, ние видяхме толкова много първоначални обещаващи резултати“, каза Джордан Макник, водещ анализатор енергия-вода-земя на NREL и главен изследовател на проекта InSPIRE. „Сега нашето предизвикателство е да разберем как да увеличим и възпроизведем тези успехи.“

NREL също така разработи набор от пет основни принципа за успех в агриволтаиката, наречени петте C:

Климат, почва и условия на околната среда — Условията на околната среда на дадено място трябва да са подходящи както за слънчево производство, така и за желаните култури или почвено покритие.

Конфигурации, слънчеви технологии и дизайни — Изборът на слънчева технология, оформлението на обекта и друга инфраструктура могат да повлияят на всичко от това колко светлина достига до слънчевите панели до това дали трактор, ако е необходимо, може да се движи под панелите. „Тази инфраструктура ще бъде в земята през следващите 25 години, така че трябва да я подготвите правилно за планираната си употреба. Това ще определи дали проектът ще успее“, каза Джеймс Маккол, изследовател на NREL, работещ върху InSPIRE.

Избор на култури и методи за култивиране, дизайн на семена и растителност и подходи за управление — Агроволтаичните проекти трябва да избират култури или почвени покрития, които ще виреят под панели в техния местен климат и които са печеливши на местните пазари.

Съвместимост и гъвкавост — Агриволтаиците трябва да бъдат проектирани така, че да отговарят на конкуриращите се нужди на собствениците на слънчева енергия, слънчевите оператори и фермерите или собствениците на земя, за да позволят ефективни земеделски дейности.

Сътрудничество и партньорство — За да успее всеки проект, комуникацията и разбирателството между групите са от решаващо значение.

InSPIRE представлява най-голямото, най-продължителното и най-всеобхватното изследователско усилие за агроволтаика в света, обхващащо 28 обекта в 11 американски щата, Пуерто Рико и окръг Колумбия. Някои от тези сайтове включват директно проучване, други включват дизайн и обмисляне на проучването, а някои включват непрекъснати консултации и наставничество на партньори.

„Едно нещо, което InSPIRE направи наистина добре, е да създаде общност от хора, които мислят по различен начин за фотоволтаичния слънчев дизайн и управление. Като цяло, след конферентен разговор на InSPIRE, който изслушва учени и практици в индустрията, споделят своите резултати, има огромна енергия и оптимизъм за предизвикателството и възможност пред нас“, каза Роб Дейвис от Connexus Energy, най-голямата електрическа кооперация в Средния Запад.