Kolociranje solarne energije, usjeva i stoke u agronaponskim projektima

Solarna energija ključna je za modele ekološke održivosti, ali ne grade se svi projekti na isti način. Jedan problem u razvoju energije, obnovljive ili druge, je koncept "energetske ekspanzije", što je namjena zemljišta za proizvodnju i distribuciju energije.

Okoliš Kalifornija procjenjuje da bi krovna solarna energija mogla spriječiti razvoj 148, 000 hektara zemlje u usporedbi s modelom postavljenim samo na zemlji. To se temelji na procjeni državnog regulatora o uvođenju 28,5 GW krovne solarne energije do 2045. kako bi se ispunili ciljevi čiste energije. To je područje veličine otprilike pola Los Angelesa koje bi se moglo sačuvati.

Solarni je hvaljen zbog svoje sposobnosti da se integrira u izgrađeni okoliš, postavlja na krovove, integrira u fasade zgrada, na nadstrešnice za automobile, itd. Međutim, kako bi se ispunili ciljevi agresivne dekarbonizacije i postigao 100 posto obnovljivi energetski sustav, prizemni solarni također će biti potrebno. Ovdje može uskočiti agrivoltaika, praksa lociranja proizvodnje solarne energije s poljoprivrednim funkcijama.

Istraživanje Državnog sveučilišta Oregon pokazalo je da bi solarna i poljoprivredna ko-lokacija mogla osigurati 20 posto ukupne proizvodnje električne energije u Sjedinjenim Državama. Instalacija agrivoltaike širokih razmjera mogla bi dovesti do godišnjeg smanjenja od 330,000 tona emisije ugljičnog dioksida uz "minimalni" utjecaj na prinos, rekli su istraživači.

Rad je otkrio da bi bilo potrebno područje veličine Marylanda ako bi agrovoltaika zadovoljila 20 posto američke proizvodnje električne energije. To je oko 13 000 kvadratnih milja ili 1 posto sadašnjeg poljoprivrednog zemljišta u SAD-u. Na globalnoj razini, procjenjuje se da bi 1 posto ukupnog poljoprivrednog zemljišta moglo proizvesti svjetske potrebe za energijom ako se pretvori u solarni PV.

Biosfera 2

Agrivoltaics čini više od očuvanja zemlje i maksimalnog iskorištavanja hektara. Postoji sinergija između solarnih panela i poljoprivrednih aktivnosti u nastavku.

Na primjer, tim istraživača sa Sveučilišta u Arizoni, koji upravlja agrivoltaičkim testnim centrom u Biosphere 2, potpuno zatvorenom zatvorenom "prirodnom" okruženju, otkrio je da usjevi poboljšavaju performanse solarnih panela, a solarni nizovi poboljšavaju prinos usjeva u suhim okruženjima.

Biosphere tim je otkrio da je sjena koju daje fotonaponski sustav smanjila isparavanje, što znači da bi voda dulje ostala na površini i bolje hranila usjeve nego poljoprivreda na otvorenom. Ovo ne samo da štedi vodu, već i jača biljke, što dovodi do boljeg prinosa usjeva. Osim toga, zasjenjeni prostor koji pružaju ploče uzrokuje širenje biljaka u potrazi za sunčevom svjetlošću. U ispitivanjima je list zasjenjen agrovoltaikom bio gotovo dvostruko veći od onog na otvorenom.

U suhim klimama poput one koja okružuje Biosphere 2, često može biti previše svjetla i topline da bi biljke pravilno rasle. Sjena panela pomaže u stvaranju boljih uvjeta za biljke. Isto vrijedi i za solarne ploče, koje proizvode manje energije pri visokim temperaturama. Konvencionalno solarno postrojenje može ukloniti svu vegetaciju ispod, što u velikim solarnim nizovima uzrokuje proučeni učinak toplinskog otoka.

Višak sunčeve energije koji se ne pretvori u električnu može napustiti područje na dva načina: ili kao latentna toplina ili kao osjetljiva toplina. Osjetna toplina je vrsta koju možemo osjetiti i vrsta koja šteti solarnoj PV proizvodnji. Latentna toplina je energija koju apsorbira voda u blizini, isparavajući u paru. Dodavanjem usjeva ispod u suhoj klimi, dodajete više latentne apsorpcije topline, skidate toplinski pritisak s panela i potičete proizvodnju i životni ciklus.

Poljoprivrednici u suhim klimatskim uvjetima također mogu uživati ​​u radu s agrovoltaikom. Preliminarni podaci iz centra pokazuju da su temperature kože oko 20 stupnjeva Fahrenheita niže od uzgoja na otvorenom.

InSPIRE projekt

Nacionalni laboratorij za obnovljivu energiju (NREL) istražuje mnoge mogućnosti za agrivoltiac, uključujući smještaj goveda ili ovaca, usjeva, autohtonih biljaka pogodnih za oprašivače ili rehabilitacije tla i drugih usluga ekosustava na istoj parceli zemlje kao i aktivni solarni nizovi.

Glavni istraživački projekt NREL-a o agrivoltaici zove se Innovative Solar Practices Integrated with Rural Economies and Ecosystems (InSPIRE). Projekt InSPIRE razvio je financijski kalkulator za kvantificiranje koristi prakse. Također je izradio popis najboljih praksi za one koji su zainteresirani za ulazak u ovo polje. Dodatno, InSPIRE prati sva aktivna mjesta za agrivoltaiku u SAD-u, koja se mogu pronaći ovdje.

"Kroz naš rad, koji obuhvaća više regija, konfiguracija i poljoprivrednih aktivnosti, vidjeli smo toliko početnih obećavajućih rezultata", rekao je Jordan Macknick, NREL-ov vodeći analitičar energija-voda-zemljište i glavni istraživač za projekt InSPIRE. "Sada je naš izazov otkriti kako povećati i ponoviti ove uspjehe."

NREL je također razvio skup od pet osnovnih načela za uspjeh u agrovoltaici, nazvanih pet C:

Klima, tlo i uvjeti okoliša — Ambijentalni uvjeti lokacije moraju biti prikladni i za solarnu proizvodnju i za željene usjeve ili pokrivač tla.

Konfiguracije, solarne tehnologije i dizajni — izbor solarne tehnologije, raspored lokacije i ostala infrastruktura mogu utjecati na sve, od toga koliko svjetlosti dopire do solarnih panela do toga može li se traktor, ako je potrebno, voziti ispod panela. "Ova će infrastruktura biti u zemlji sljedećih 25 godina, tako da je trebate pripremiti za svoju planiranu upotrebu. To će odrediti hoće li projekt uspjeti", rekao je James McCall, NREL istraživač koji radi na InSPIRE.

Odabir usjeva i metode uzgoja, dizajn sjemena i vegetacije te pristupi upravljanju— Agrivoltaični projekti trebaju odabrati usjeve ili pokrivače tla koji će uspijevati ispod ploča u njihovoj lokalnoj klimi i koji su isplativi na lokalnim tržištima.

Kompatibilnost i fleksibilnost — Agrivoltaika bi trebala biti dizajnirana tako da zadovolji konkurentske potrebe vlasnika solarne energije, solarnih operatera i poljoprivrednika ili zemljoposjednika kako bi se omogućile učinkovite poljoprivredne aktivnosti.

Suradnja i partnerstva — Za uspjeh bilo kojeg projekta ključna je komunikacija i razumijevanje između grupa.

InSPIRE predstavlja najveće, najdugotrajnije i najopsežnije istraživanje agrivoltaike u svijetu, obuhvaćajući 28 lokacija u 11 američkih država, Puerto Ricu i District of Columbia. Neka od tih mjesta uključuju izravno istraživanje, neka uključuju dizajn istraživanja i razmatranje, a neka uključuju stalne konzultacije i mentorstvo partnera.

"Jedna stvar koju je InSPIRE napravio jako dobro je stvaranje zajednice ljudi koji drugačije razmišljaju o fotonaponskom solarnom dizajnu i upravljanju. Općenito, nakon InSPIRE konferencijskog poziva na kojem su znanstvenici i praktičari iz industrije podijelili svoje rezultate, postoji ogromna energija i optimizam za izazov i prilika je pred nama", rekao je Rob Davis iz Connexus Energyja, najveće električne zadruge na Srednjem zapadu.