Спільне розміщення сонячної енергії, сільськогосподарських культур і худоби в агроелектричних проектах

Сонячна енергія займає центральне місце в моделях екологічної стійкості, але не всі проекти будуються однаково. Однією з проблем розвитку енергетики, відновлюваної чи іншої, є концепція «розростання енергії», тобто виділення землі для виробництва та розподілу енергії.

За оцінками Environment California, сонячні панелі на дахах можуть запобігти розвитку 148000 акрів землі порівняно з наземною моделлю, яка встановлена ​​лише у комунальному масштабі. Це базується на оцінках державного регулятора про розгортання 28,5 ГВт сонячної енергії на дахах до 2045 року для досягнення цілей чистої енергії. Це територія розміром приблизно в половину Лос-Анджелеса, яку можна зберегти.

Сонячну енергію вітають за її здатність інтегруватися в архітектурне середовище, розміщувати на дахах будинків, інтегрувати у фасади будівель, на навіси для автомобілів тощо. Однак, щоб досягти агресивних цілей декарбонізації та досягти 100-відсоткової системи відновлюваної енергії, наземні сонячні панелі також знадобиться. Саме тут може втрутитися агрівольтаїка, практика спільного розміщення виробництва сонячної енергії з сільськогосподарськими функціями.

Дослідження Університету штату Орегон показали, що спільне розміщення сонячної та сільськогосподарської енергії може забезпечити 20 відсотків загального виробництва електроенергії в Сполучених Штатах. За словами дослідників, широкомасштабне встановлення агрівольтаїки може призвести до щорічного скорочення викидів вуглекислого газу на 330 000 тонн при «мінімальному» впливі на врожайність.

У документі було виявлено, що територія розміром з Меріленд була б потрібна, щоб агрівольтаїка забезпечувала 20 відсотків виробництва електроенергії в США. Це приблизно 13000 квадратних миль, або 1 відсоток нинішніх сільськогосподарських угідь США. У глобальному масштабі, за оцінками, 1 відсоток усіх сільськогосподарських угідь міг би виробляти світові потреби в енергії, якщо перевести їх на сонячну фотоелектричну енергію.

Біосфера 2

Agrivoltaics робить більше, ніж зберігає землю та максимально використовує акр. Є синергія між сонячними батареями та сільськогосподарською діяльністю нижче.

Наприклад, група дослідників з Університету Арізони, яка керує агроелектричним випробувальним центром у Biosphere 2, повністю автономному внутрішньому «природному» середовищі, виявила, що сільськогосподарські культури покращують продуктивність сонячних батарей, а сонячні батареї покращують урожайність. в сухому середовищі.

Команда біосфери виявила, що тінь, створювана фотоелектричною системою, зменшує випаровування, а це означає, що вода залишатиметься на поверхні довше і буде краще годувати сільськогосподарські культури, ніж землеробство під відкритим небом. Це не тільки економить воду, але й зміцнює рослини, що призводить до кращого врожаю. Крім того, затінений простір, створений панелями, змушує рослини розповзатися, шукаючи сонячне світло. Під час випробувань агрівольтаїчний затінений лист був майже вдвічі більший за відкритий.

У сухому кліматі, подібному тому, який оточує Biosphere 2, часто може бути занадто багато світла та тепла, щоб рослини могли нормально рости. Тінь панелі сприяє створенню кращих умов для рослин. Те саме стосується сонячних панелей, які виробляють менше енергії при високих температурах. Звичайна сонячна установка може видалити всю рослинність, розташовану нижче, що у великих сонячних батареях спричиняє вивчений ефект теплового острова.

Надлишок сонячної енергії, який не перетворюється на електрику, може залишати територію двома шляхами: або у вигляді прихованого тепла, або у вигляді відчутного тепла. Відчутне тепло – це той тип, який ми можемо відчути, і той тип, який шкодить виробництву сонячної фотоелектричної енергії. Приховане тепло – це енергія, яка поглинається водою, що знаходиться поблизу, випаровуючись у пару. Додаючи культури внизу в сухому кліматі, ви додаєте більше прихованого поглинання тепла, знімаючи тепловий тиск з панелей і прискорюючи виробництво та життєвий цикл.

Фермерам із сухим кліматом також може сподобатися працювати з агрівольтаїкою. Попередні дані центру свідчать про те, що температура шкіри приблизно на 20 градусів за Фаренгейтом нижча, ніж у відкритому землеробстві.

Проект InSPIRE

Національна лабораторія відновлюваної енергетики (NREL) вивчає багато можливостей для агровольтиаків, включаючи розміщення великої рогатої худоби чи овець, сільськогосподарських культур, дружніх до запилювачів місцевих рослин або реабілітації ґрунту та інших екосистемних послуг на тій самій ділянці землі, що й активні сонячні батареї.

Основний дослідницький проект NREL з агровольтаїки називається Innovative Solar Practices Integrated with Rural Economies and Ecosystems (InSPIRE). Проект InSPIRE розробив фінансовий калькулятор для кількісної оцінки переваг практики. Він також розробив список найкращих практик для тих, хто зацікавлений у виході на сферу діяльності. Крім того, InSPIRE відстежує всі активні агроелектричні сайти в США, які можна знайти тут.

«Завдяки нашій роботі, яка охоплює численні регіони, конфігурації та сільськогосподарську діяльність, ми побачили стільки початкових багатообіцяючих результатів», — сказав Джордан Макнік, провідний аналітик енергетики, води і землі NREL і головний дослідник проекту InSPIRE. «Тепер наше завдання полягає в тому, щоб з’ясувати, як розширити масштаб і відтворити ці успіхи».

NREL також розробив набір із п’яти основних принципів успіху в агровольтаїці, які називаються п’ятьма C:

Клімат, ґрунт і умови навколишнього середовища — Умови навколишнього середовища мають відповідати як для сонячної генерації, так і для бажаних сільськогосподарських культур або ґрунтового покриву.

Конфігурації, сонячні технології та конструкції. Вибір сонячної технології, планування майданчика та інша інфраструктура можуть впливати на все: від того, скільки світла досягає сонячних панелей, до того, чи зможе трактор, якщо потрібно, проїхати під панелями. «Ця інфраструктура буде стояти в землі протягом наступних 25 років, тому вам потрібно правильно її використовувати для запланованого використання. Це визначить, чи вдасться проект», — сказав Джеймс МакКолл, дослідник NREL, який працює над InSPIRE.

Вибір сільськогосподарських культур і методи вирощування, проекти насіння та рослинності, а також підходи до управління — агроелектричні проекти повинні вибирати сільськогосподарські культури або ґрунтовий покрив, які процвітатимуть під панелями в місцевому кліматі та будуть прибутковими на місцевих ринках.

Сумісність і гнучкість. Агровольтаїка повинна бути розроблена таким чином, щоб відповідати конкуруючим потребам власників сонячних батарей, операторів сонячних батарей і фермерів або землевласників, щоб забезпечити ефективну сільськогосподарську діяльність.

Співпраця та партнерство. Щоб будь-який проект був успішним, комунікація та розуміння між групами є вирішальними.

InSPIRE представляє найбільшу, найтривалішу та найповнішу дослідницьку роботу в галузі агровольтаїки в світі, яка охоплює 28 сайтів в 11 штатах США, Пуерто-Ріко та окрузі Колумбія. Деякі з цих сайтів передбачають безпосереднє дослідження, деякі передбачають планування дослідження та розгляд, а деякі передбачають постійні консультації та наставництво партнерів.

«Одна річ, яку InSPIRE зробив дуже добре, це створення спільноти людей, які по-іншому думають про проектування та управління фотоелектричною сонячною енергією. Загалом після телефонної конференції InSPIRE, де вчені та практики галузі поділилися своїми результатами, є величезна енергія та оптимізм для виклику. і можливості перед нами", - сказав Роб Девіс з Connexus Energy, найбільшого електричного кооперативу Середнього Заходу.