Solociranje sončne energije, poljščin in živine v agrovoltaičnih projektih

Sončna energija je osrednjega pomena za modele okoljske trajnosti, vendar niso vsi projekti zgrajeni enako. Eden od pomislekov pri razvoju energije, obnovljive ali druge, je koncept "širjenja energije", kar pomeni namenitev zemlje za proizvodnjo in distribucijo energije.

Okolje Kalifornija ocenjuje, da bi sončna energija na strehah lahko preprečila razvoj 148, 000 hektarjev zemlje v primerjavi z modelom, nameščenim samo na tleh. To temelji na oceni državnega regulatorja o uporabi 28,5 GW strešne sončne energije do leta 2045, da bi dosegli cilje čiste energije. To je približno polovica velikosti Los Angelesa, ki bi ga lahko ohranili.

Solarno energijo hvalijo zaradi svoje zmožnosti vključitve v grajeno okolje, postavitve na strehe, vgradnjo v fasade stavb, na nadstreške za avtomobile itd. Da pa bi izpolnili cilje agresivne dekarbonizacije in dosegli sistem 100-odstotne obnovljive energije, je na tleh nameščena solarna energija. bo tudi potrebno. Tu lahko nastopi agrivoltaika, praksa sooblikovanja proizvodnje sončne energije s kmetijskimi funkcijami.

Raziskava univerze Oregon State je pokazala, da bi solarna in kmetijska kolokacija lahko zagotovila 20 odstotkov celotne proizvodnje električne energije v Združenih državah. Razširjena namestitev agrivoltaike bi lahko privedla do letnega zmanjšanja za 330,000 ton emisij ogljikovega dioksida, medtem ko bi "minimalno" vplivala na pridelek, so povedali raziskovalci.

Dokument je ugotovil, da bi bilo potrebno območje velikosti Marylanda, če bi agrivoltaika pokrivala 20 odstotkov proizvodnje električne energije v ZDA. To je približno 13000 kvadratnih milj ali 1 odstotek trenutnih kmetijskih zemljišč v ZDA. V svetovnem merilu se ocenjuje, da bi lahko 1 odstotek vseh kmetijskih zemljišč proizvedel svetovne potrebe po energiji, če bi jih pretvorili v solarno PV.

Biosfera 2

Agrivoltaika naredi več kot le ohranja zemljo in kar najbolje izkoristi hektar. Obstajajo sinergije med sončnimi nizi in kmetijskimi dejavnostmi spodaj.

Na primer, skupina raziskovalcev z Univerze v Arizoni, ki upravlja agrivoltaični testni center v Biosphere 2, popolnoma samostojnem notranjem "naravnem" okolju, je ugotovila, da pridelki izboljšujejo delovanje solarnih nizov, sončni nizi pa izboljšujejo pridelek. v suhem okolju.

Ekipa Biosphere je ugotovila, da je senca, ki jo zagotavlja fotonapetostni sistem, zmanjšala izhlapevanje, kar pomeni, da bo voda ostala na površini dlje in bo bolje hranila pridelke kot poljedelstvo na prostem. To ne samo, da prihrani vodo, ampak tudi poskrbi, da rastline rastejo močneje, kar vodi do boljšega pridelka. Poleg tega zasenčen prostor, ki ga zagotavljajo plošče, povzroči, da se rastline razširijo in iščejo sončno svetlobo. V poskusih je bil agrovoltaično osenčen list skoraj dvakrat večji od tistega na prostem.

V suhem podnebju, kot je tisto, ki obdaja Biosphere 2, je lahko pogosto preveč svetlobe in toplote, da bi rastline pravilno rasle. Senca plošče pomaga ustvariti boljše pogoje za rastline. Enako velja za sončne celice, ki pri visokih temperaturah proizvedejo manj energije. Običajni solarni objekt lahko odstrani vso vegetacijo pod seboj, kar v velikih sončnih nizih povzroči preučen učinek toplotnega otoka.

Presežek sončne energije, ki se ne pretvori v električno energijo, lahko zapusti območje na dva načina: kot latentna toplota ali kot zaznavna toplota. Občutljiva toplota je vrsta, ki jo lahko občutimo, in vrsta, ki škoduje sončni PV proizvodnji. Latentna toplota je energija, ki jo absorbira bližnja voda in izhlapi v paro. Z dodajanjem pridelkov spodaj v suhem podnebju dodajate večjo latentno absorpcijo toplote, odpravljate toplotni pritisk s plošč ter povečujete proizvodnjo in življenjski cikel.

Kmetje v suhem podnebju bodo morda uživali tudi pri delu z agrovoltaiko. Predhodni podatki centra kažejo, da so temperature kože približno 20 stopinj Fahrenheita nižje kot pri gojenju na prostem.

Projekt InSPIRE

Nacionalni laboratorij za obnovljivo energijo (NREL) raziskuje številne možnosti za agrivoltiake, vključno z namestitvijo goveda ali ovc, poljščin, opraševalcem prijaznih domačih rastlin ali rehabilitacije tal in drugih ekosistemskih storitev na istem zemljišču kot aktivni sončni nizi.

Glavni raziskovalni projekt NREL o agrivoltaiki se imenuje Innovative Solar Practices Integrated with Rural Economies and Ecosystems (InSPIRE). Projekt InSPIRE je razvil finančni kalkulator za kvantificiranje koristi prakse. Razvil je tudi seznam najboljših praks za tiste, ki jih zanima vstop na to področje. Poleg tega InSPIRE sledi vsem aktivnim spletnim mestom za agrovoltaiko v ZDA, ki jih najdete tukaj.

"Z našim delom, ki zajema več regij, konfiguracij in kmetijskih dejavnosti, smo videli toliko začetnih obetavnih rezultatov," je povedal Jordan Macknick, vodilni analitik za energijo, vodo in zemljo pri NREL in glavni raziskovalec projekta InSPIRE. "Zdaj je naš izziv ugotoviti, kako razširiti in ponoviti te uspehe."

NREL je razvil tudi sklop petih osnovnih načel za uspeh v agrovoltaiki, imenovanih pet C:

Podnebje, prst in okoljski pogoji — Okoljski pogoji na lokaciji morajo biti primerni tako za sončno proizvodnjo kot za želene pridelke ali pokrovnost tal.

Konfiguracije, solarne tehnologije in dizajni – Izbira solarne tehnologije, postavitev lokacije in druga infrastruktura lahko vplivajo na vse, od tega, koliko svetlobe doseže sončne kolektorje, do tega, ali lahko traktor po potrebi zapelje pod panele. "Ta infrastruktura bo v tleh naslednjih 25 let, zato jo morate pravilno pripraviti za načrtovano uporabo. To bo odločilo, ali bo projekt uspel," je dejal James McCall, raziskovalec NREL, ki dela na InSPIRE.

Izbira pridelkov in metode gojenja, zasnove semen in vegetacije ter pristopi k upravljanju — Projekti agrovoltaike bi morali izbrati pridelke ali pokrove tal, ki bodo uspevali pod ploščami v njihovem lokalnem podnebju in so donosni na lokalnih trgih.

Združljivost in prilagodljivost — Agrivoltaika bi morala biti zasnovana tako, da ustreza konkurenčnim potrebam lastnikov sončne energije, solarnih operaterjev in kmetov ali lastnikov zemljišč, da bi omogočila učinkovite kmetijske dejavnosti.

Sodelovanje in partnerstva — Za uspeh katerega koli projekta sta komunikacija in razumevanje med skupinami ključnega pomena.

InSPIRE predstavlja največje, najdlje trajajoče in najobsežnejše raziskovalno prizadevanje na področju agrovoltaike na svetu, ki obsega 28 lokacij v 11 ameriških zveznih državah, Portoriku in okrožju Columbia. Nekatera od teh mest vključujejo neposredno raziskavo, nekatera vključujejo zasnovo raziskave in premislek, nekatera pa vključujejo stalno posvetovanje in mentorstvo partnerjev.

"Ena stvar, ki jo je InSPIRE naredil zelo dobro, je ustvariti skupnost ljudi, ki razmišljajo drugače o fotonapetostni sončni zasnovi in ​​upravljanju. Na splošno, po konferenčnem klicu InSPIRE, kjer so znanstveniki in industrijski strokovnjaki delili svoje rezultate, obstaja ogromno energije in optimizma za izziv in priložnost pred nami,« je dejal Rob Davis iz Connexus Energy, največje električne zadruge na srednjem zahodu.