Agrivoltaics: Jak panele słoneczne zmieniają rolnictwo

Będziesz czytać:

Czym jest agrowłóknina?
Istnieje kilka rodzajów agrowiatraków?
Jakie są zalety agrivoltaiki?
Przeprowadzone zastosowania energii słonecznej
Warunki dla agrowiatraków?

Zbadamy różne rodzaje agrivoltaiki, jej zalety i inspirujące wdrożenia. Jak każde przedsięwzięcie transformacyjne, agroenergetyczne wiążą się z problemami, które należy wziąć pod uwagę. Analizując zalety i wady tej wyjątkowej techniki, dowiemy się, jak może zmienić nasze krajobrazy rolnicze i energetyczne.

Szybko rozwijająca się i bardzo obiecująca koncepcja agrowoltaiki odnosi się do wspólnego zagospodarowania tego samego obszaru na potrzeby fotowoltaiki i rolnictwa, umożliwiając współistnienie dwóch kluczowych gałęzi przemysłu. Na całym świecie powstały już różne odmiany agrowoltaiki, a w ostatnich latach pojawiło się wiele nowych sposobów, które będą kluczowymi elementami transformacji energetycznej i klimatycznej.

Istnieją trzy podstawowe rodzaje agrivoltaiki, w tym stałe panele słoneczne nad uprawami, panele słoneczne na wysokości, szklarnie słoneczne. Oprócz tego naukowcy opracowali również inne złożone typy, takie jak systemy zintegrowane i dynamiczna agrivoltaika. Wszystkie te odmiany mają różne czynniki, które są wykorzystywane do maksymalizacji ilości energii słonecznej pochłanianej zarówno przez panele, jak i uprawy. Kąt nachylenia paneli słonecznych jest najważniejszą zmienną w systemach agrivoltaicznych. Innymi czynnikami branymi pod uwagę przy określaniu umiejscowienia systemu agrivoltaicznego są zebrane uprawy, wysokość paneli, nasłonecznienie i lokalny klimat.

Większość systemów agrowoltaicznych tradycyjnych opiera się na panelach słonecznych, które są na stałe zainstalowane na polach uprawnych lub pomiędzy nimi. Wydajność instalacji można poprawić, zmieniając gęstość paneli słonecznych lub kąt ich nachylenia.

Najczęstszą metodą wdrażania agrowoltaiki w projektach na dużą skalę (> 5 MW) jest stała instalacja paneli słonecznych. Ten rodzaj agrowiatraków poprawia dobrostan zwierząt, zapewniając im łatwy dostęp do cienia i umożliwiając uprawę trwałej roślinności i użytków zielonych między i pod panelami słonecznymi.

Poniższe uprawy otrzymują więcej światła i cienia, a struktury śledzące energię słoneczną tworzą bardziej stabilny system rolniczy i energetyczny. Ponadto ułatwiają one ochronę upraw przed niekorzystnymi warunkami pogodowymi, co skutkuje większym wzrostem.

W tym zastosowaniu agrowoltaicznym panele słoneczne są wynoszone na wyższą wysokość niż zwykle. To zwiększa wysokość nad ziemią, zwykle od 2,5 do 5 metrów, w zależności od celu i specyfikacji projektu. Poprawia to plony sadów i winnic.

Pomiędzy panelami słonecznymi może być wystarczająco dużo miejsca, aby światło docierało do roślin i upraw, co przyczynia się do zdrowego wzrostu. W zależności od wymagań projektu panele te mogą być podnoszone lub opuszczane, co pozwala przemieszczać sprzęt do zbioru, ludzi i innych przedmiotów.

Naukowcy z Arabii Saudyjskiej opracowali urządzenie zasilane energią słoneczną, które wykorzystuje nowy hydrożel do uprawy szpinaku, wykorzystując wodę powietrzną. Naukowcy wypchnęli wodę z hydrożelu za pomocą ciepła ubocznego wytwarzania energii z paneli słonecznych. Poniżej para wodna skrapla się w metalowym pojemniku. Hydrożel może zwiększyć wydajność systemów fotowoltaicznych nawet o 9%, pochłaniając ciepło i obniżając temperaturę paneli.

Ten najnowocześniejszy projekt pozwala zwiększyć bezpieczeństwo dostaw żywności i wody w suchych regionach za darmo i na długi czas.

Japonia stworzyła pierwszy i najbardziej podstawowy system dynamiczny, który składał się z cienkich paneli umieszczonych na cienkich rurach na stojakach, które nie miały podstaw z betonu. Panele są lekkie i łatwe do demontażu, więc rolnicy mogą je przesuwać lub zmieniać ręcznie w miarę zmian pór roku i rodzaju gleby. Każdy panel słoneczny ma dużą przestrzeń między sobą, aby zapewnić większą odporność na wiatr.

Niektóre nowsze rodzaje systemów agrivoltaicznych, które wykorzystują system śledzenia, mają możliwość automatycznego optymalizacji lokalizacji paneli. Na przykład szwajcarska firma Insolight pracuje nad statycznymi półprzezroczystymi panelami słonecznymi, które mają zintegrowany system śledzenia. Moduł posiada również dynamiczny mechanizm transmisji światła, który można dostosować do potrzeb rolniczych, skupiając światło słoneczne na ogniwach słonecznych.

Zdolność rolników do zwiększania dochodów poprzez uprawę roślin i tworzenie zrównoważonej energii staje się coraz bardziej ważna w wyniku globalnego rozwoju energii słonecznej. Raport Międzynarodowej Agencji Energii Odnawialnej (IRENA) wskazuje, że globalna moc fotowoltaiczna (PV) wzrośnie o 19 procent w 2021 roku w porównaniu z rokiem poprzednim do 843 086 MW.

Panele słoneczne mogą zmniejszyć wydatki na podlewanie nawet o 29%, ograniczając słońce. Wzrost wilgotności gleby zaspokaja potrzeby roślin.

W momencie, gdy ilość światła padającego na uprawę osiąga punkt nasycenia światłem, uprawę nie można już obserwować w takim stanie. Ekstremalne upały i mrozy wymagają większej ilości wody dla upraw, co może je uszkodzić lub spowolnić wzrost. Rolnicze systemy fotowoltaiczne (agrivoltaika) mogą złagodzić stres cieplny i inne niekorzystne zjawiska pogodowe, przechylając panele słoneczne, aby skierować jak najwięcej światła na uprawy.

Agrivoltaics przyczynia się do zrównoważonego rozwoju i chroni i poprawia różnorodność biologiczną i ekosystemy poprzez zakaz stosowania herbicydów, korzystanie z uli i hodowli zwierząt na obrzeżach gruntów oraz instalowanie ogrodzeń roślinnych.

BayWa r.e. zbudowała jedną z pierwszych komercyjnych instalacji Agri-PV w Babberich w Holandii. BayWa r.e. rozwijała bazę wiedzy w tej branży poprzez pilotażowe projekty Agri-PV w Holandii i Niemczech. W tych badaniach głównymi uprawami były pszenica, ziemniaki, seler, jagody, czerwone porzeczki, maliny, truskawki i jeżyny.

Data pokazała, że pod panelami w upalne dni temperatura była od dwóch do pięciu stopni niższa niż w przypadku konwencjonalnych metod ogrodniczych. Parowanie z gleby zmniejsza stres cieplny i straty wody. Jedną z dodatkowych zalet jest to, że ciepło utrzymywało się nawet lepiej w nocy niż pod plastikowymi osłonami, których rolnicy używają obecnie do utrzymywania ciepła na jagodach. Może to oznaczać, że w gospodarstwach mniej plastiku jest używane.

W ramach programu oceny skuteczności agrivoltaiki w różnych środowiskach rolniczych instalacja została zainstalowana w regionie winiarskim Hérault w Piolenc. Elastyczny system agrivoltaiczny zacienił 600 metrów kwadratowych winogron posadzonych w programie eksperymentalnym.

Ponieważ spadła ewapotranspiracja, winorośle osłonięte fotowoltaiką potrzebowały o 12–34% mniej wody niż wcześniej. W rezultacie system agrivoltaiczny poprawił profil aromatyczny winogron, zwiększając zawartość antocyjanów (czerwonych pigmentów) o 13% i kwasowość o 9-14%.

Wdrożenie agrivoltaiki wymaga wiedzy technicznej, której większość rolników nie ma. Jeśli coś zepsuje się poza ich możliwościami naprawy, mogą być zmuszeni do wezwania profesjonalistów. W rezultacie wielu może nie być w stanie zrozumieć, ile kosztuje zatrudnienie profesjonalisty. Rolnicy muszą również wziąć pod uwagę koszty utrzymania systemu solarnego.

Połączenie technologii i natury w świecie agrivoltaiki prowadzi do bardziej zrównoważonej przyszłości. Przechodząc przez zawiłe powiązania między energią słoneczną a rolnictwem, zastanówmy się, jakie obietnice niesie ona dla ochrony ekosystemów, zwiększonej produktywności i bardziej przyjaznego dla środowiska świata. Agrivoltaics jest w stanie oświetlić naszą podróż w kierunku harmonijnego współistnienia energii i rolnictwa dzięki starannemu rozważeniu i innowacjom.

Agrivoltaica, która łączy technologię i naturę, zapewnia zrównoważoną przyszłość. Maysun Solar to wiodący producent energii słonecznej. Od 2008 roku half-cut, MBB, IBC i Shingled panele Maysun Solar dominują na rynku. Czarne, czarne ramki, srebrne i szklane panele słoneczne działają dobrze i dobrze dopasowują się do estetyki architektonicznej. Maysun Solar ma biura, magazyny i partnerstwa instalatorów na całym świecie. Informacje o fotowoltaice można znaleźć w Maysun Solar.
 

Źródło:

1. Dinesh, H., & Pearce, J. M. (2016, February). The potential of agrivoltaic systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 54, 299–308. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.10.024
2. iseban. "Photovoltaic greenhouse and agricultural photovoltaic greenhouse". CVE. Retrieved 2023-02-26.
3. "These solar panels pull in water vapor to grow crops in the desert". Cell Press. Retrieved 18 April 2022.
4. Movellan, Junko (10 October 2013). "Japan Next-Generation Farmers Cultivate Crops and Solar Energy". renewableenergyworld.com. Retrieved 2017-09-11.
5. Solar Power Europe Agrisolar Best Practices Guidelines Version 1.0, p.43 and p.46 Case study
6. Agrivoltaics, the advantages of combining renewables and agriculture 
7. 5 Major Agrivoltaics Disadvantages by Olivia Bolt，AGRICULTURE 
8. Benefits of Agrivoltaics and 5 real-life examples of successful implementations by Laura Rodríguez
9. Agrivoltaics, the advantages of combining renewables and agriculture by Vector Renewables