Συστέγαση Ηλιακών, Καλλιεργειών, Κτηνοτροφίας σε Αγροβολταϊκά Έργα

Η ηλιακή ενέργεια είναι κεντρική στα μοντέλα περιβαλλοντικής βιωσιμότητας, αλλά δεν κατασκευάζονται όλα τα έργα το ίδιο. Μια ανησυχία στην ανάπτυξη ενέργειας, ανανεώσιμων ή μη, είναι η έννοια της «εξάπλωσης ενέργειας», που είναι η αφιέρωση της γης για παραγωγή και διανομή ενέργειας.

Περιβάλλον Η Καλιφόρνια εκτιμά ότι η ηλιακή ενέργεια στον τελευταίο όροφο θα μπορούσε να αποτρέψει την ανάπτυξη 148,000 στρεμμάτων γης σε σύγκριση με ένα μοντέλο μόνο για χρήση στο έδαφος. Αυτό βασίζεται σε εκτιμώμενη ανάπτυξη 28,5 GW ηλιακής ενέργειας στον τελευταίο όροφο έως το 2045 από μια κρατική ρυθμιστική αρχή, προκειμένου να επιτευχθούν οι στόχοι καθαρής ενέργειας. Αυτή είναι μια περιοχή περίπου στο μισό μέγεθος του Λος Άντζελες που θα μπορούσε να διατηρηθεί.

Η Solar χαιρετίζεται για την ικανότητά της να ενσωματώνεται στο δομημένο περιβάλλον, να τοποθετείται σε ταράτσες, να ενσωματώνεται σε προσόψεις κτιρίων, σε χώρους στάθμευσης κ.λπ. θα χρειαστεί επίσης. Εδώ μπορούν να παρέμβουν τα agrivoltaics, η πρακτική της συνεντοπισμού της παραγωγής ηλιακής ενέργειας με γεωργικές λειτουργίες.

Έρευνα από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Όρεγκον διαπίστωσε ότι η ηλιακή και η γεωργική συστέγαση θα μπορούσαν να παρέχουν το 20 τοις εκατό της συνολικής παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στις Ηνωμένες Πολιτείες. Η εγκατάσταση ευρείας κλίμακας αγροβολταϊκών θα μπορούσε να οδηγήσει σε ετήσια μείωση κατά 330,{4}} τόνους εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα, ενώ επηρεάζει «ελάχιστα» την απόδοση των καλλιεργειών, είπαν οι ερευνητές.

Η εφημερίδα διαπίστωσε ότι μια περιοχή περίπου στο μέγεθος του Μέριλαντ θα χρειαζόταν εάν τα αγροβολταϊκά επρόκειτο να καλύπτουν το 20 τοις εκατό της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στις ΗΠΑ. Αυτό είναι περίπου 13,000 τετραγωνικά μίλια ή 1 τοις εκατό της τρέχουσας γεωργικής γης στις ΗΠΑ. Σε παγκόσμια κλίμακα, υπολογίζεται ότι το 1 τοις εκατό του συνόλου των γεωργικών εκτάσεων θα μπορούσε να παράγει τις παγκόσμιες ενεργειακές ανάγκες εάν μετατραπεί σε ηλιακή φωτοβολταϊκή.

Βιόσφαιρα 2

Η Agrivoltaics κάνει περισσότερα από το να διατηρεί τη γη και να αξιοποιεί στο έπακρο ένα στρέμμα. Υπάρχουν συνέργειες μεταξύ των ηλιακών συστοιχιών και των γεωργικών δραστηριοτήτων παρακάτω.

Για παράδειγμα, μια ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο της Αριζόνα, που λειτουργεί ένα κέντρο δοκιμών αγροβολταϊκών στο Biosphere 2, ένα πλήρως αυτόνομο εσωτερικό «φυσικό» περιβάλλον, διαπίστωσε ότι οι καλλιέργειες βελτιώνουν την απόδοση της ηλιακής συστοιχίας και οι ηλιακές συστοιχίες βελτιώνουν την απόδοση των καλλιεργειών σε ξηρά περιβάλλοντα.

Η ομάδα του Biosphere διαπίστωσε ότι η σκιά που παρέχεται από το φωτοβολταϊκό σύστημα μείωσε την εξάτμιση, πράγμα που σημαίνει ότι το νερό θα έμενε στην επιφάνεια περισσότερο και θα τροφοδοτούσε καλύτερα τις καλλιέργειες από την υπαίθρια χερσαία γεωργία. Αυτό όχι μόνο εξοικονομεί νερό, αλλά κάνει τα φυτά να δυναμώνουν, οδηγώντας σε καλύτερη απόδοση της καλλιέργειας. Επιπλέον, ο σκιασμένος χώρος που παρέχεται από τα πάνελ αναγκάζει τα φυτά να απλώνονται, αναζητώντας το φως του ήλιου. Στις δοκιμές, το φύλλο με σκίαση αγροβολταϊκών ήταν σχεδόν διπλάσιο από το μέγεθος του ανοιχτού.

Σε ξηρά κλίματα όπως αυτό που περιβάλλει το Biosphere 2, μπορεί συχνά να υπάρχει πολύ φως και θερμότητα για να αναπτυχθούν σωστά τα φυτά. Η απόχρωση του πάνελ βοηθά στη δημιουργία καλύτερων συνθηκών για τα φυτά. Το ίδιο ισχύει και για τα ηλιακά πάνελ, τα οποία παράγουν λιγότερη ενέργεια σε υψηλές θερμοκρασίες. Μια συμβατική ηλιακή εγκατάσταση μπορεί να αφαιρέσει όλη τη βλάστηση από κάτω, η οποία, σε μεγάλες ηλιακές συστοιχίες, προκαλεί μια μελετημένη επίδραση μιας θερμικής νησίδας.

Η υπερβολική ηλιακή ενέργεια που δεν μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να φύγει από την περιοχή με δύο τρόπους: είτε ως λανθάνουσα θερμότητα είτε ως αισθητή θερμότητα. Η αισθητή θερμότητα είναι ο τύπος που μπορούμε να αισθανθούμε και ο τύπος που είναι επιβλαβής για την παραγωγή ηλιακών φωτοβολταϊκών. Η λανθάνουσα θερμότητα είναι η ενέργεια που απορροφάται από το κοντινό νερό, εξατμιζόμενο σε ατμό. Προσθέτοντας καλλιέργειες παρακάτω σε ξηρό κλίμα, προσθέτετε περισσότερη λανθάνουσα απορρόφηση θερμότητας, αφαιρείτε την πίεση θερμότητας από τα πάνελ και ενισχύετε την παραγωγή και τον κύκλο ζωής.

Οι αγρότες ξηρού κλίματος μπορεί επίσης να απολαμβάνουν να εργάζονται με αγροβολταϊκά. Τα προκαταρκτικά στοιχεία από το κέντρο δείχνουν ότι οι θερμοκρασίες του δέρματος είναι περίπου 20 βαθμούς Φαρενάιτ χαμηλότερες από την υπαίθρια καλλιέργεια.

Έργο InSPIRE

Το Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (NREL) διερευνά πολλές δυνατότητες για αγροβολταϊκά, συμπεριλαμβανομένης της τοποθέτησης βοοειδών ή προβάτων, καλλιέργειες, φιλικά προς τους επικονιαστές εγχώρια φυτά ή αποκατάσταση εδάφους και άλλες υπηρεσίες οικοσυστήματος στο ίδιο οικόπεδο ως ενεργές ηλιακές συστοιχίες.

Το κύριο ερευνητικό έργο της NREL για τα αγροβολταϊκά ονομάζεται Innovative Solar Practices Integrated with Rural Economies and Ecosystems (InSPIRE). Το έργο InSPIRE ανέπτυξε έναν οικονομικό υπολογιστή για να ποσοτικοποιήσει τα οφέλη της πρακτικής. Ανέπτυξε επίσης μια λίστα βέλτιστων πρακτικών για όσους ενδιαφέρονται να εισέλθουν στον τομέα. Επιπλέον, το InSPIRE παρακολουθεί όλους τους ενεργούς ιστότοπους αγροβολταϊκών στις ΗΠΑ, τον οποίο μπορείτε να βρείτε εδώ.

«Μέσα από τη δουλειά μας, η οποία εκτείνεται σε πολλές περιοχές, διαμορφώσεις και γεωργικές δραστηριότητες, έχουμε δει τόσα πολλά αρχικά ελπιδοφόρα αποτελέσματα», δήλωσε ο Jordan Macknick, επικεφαλής αναλυτής ενέργειας-νερών-γης της NREL και κύριος ερευνητής για το έργο InSPIRE. «Τώρα, η πρόκληση μας είναι να καταλάβουμε πώς να κλιμακώσουμε και να επαναλάβουμε αυτές τις επιτυχίες».

Η NREL ανέπτυξε επίσης ένα σύνολο πέντε βασικών αρχών για την επιτυχία στα αγροβολταϊκά, που ονομάζονται πέντε C:

Κλίμα, έδαφος και περιβαλλοντικές συνθήκες — Οι συνθήκες περιβάλλοντος μιας τοποθεσίας πρέπει να είναι κατάλληλες τόσο για την ηλιακή παραγωγή όσο και για τις επιθυμητές καλλιέργειες ή εδαφοκάλυψη.

Διαμορφώσεις, τεχνολογίες ηλιακής ενέργειας και σχέδια — Η επιλογή της ηλιακής τεχνολογίας, η διάταξη της τοποθεσίας και άλλες υποδομές μπορούν να επηρεάσουν τα πάντα, από το πόσο φως φτάνει στα ηλιακά πάνελ μέχρι το αν ένας τρακτέρ, εάν χρειάζεται, μπορεί να κινηθεί κάτω από τα πάνελ. "Αυτή η υποδομή θα είναι στο έδαφος για τα επόμενα 25 χρόνια, επομένως πρέπει να την κάνετε σωστά για την προγραμματισμένη χρήση σας. Θα καθορίσει εάν το έργο θα πετύχει", δήλωσε ο James McCall, ερευνητής του NREL που εργάζεται στο InSPIRE.

Επιλογή καλλιεργειών και μέθοδοι καλλιέργειας, σχέδια σπόρων και βλάστησης και προσεγγίσεις διαχείρισης - Τα αγροβολταϊκά έργα θα πρέπει να επιλέγουν καλλιέργειες ή καλύμματα εδάφους που θα ευδοκιμούν κάτω από πάνελ στο τοπικό τους κλίμα και που είναι κερδοφόρα στις τοπικές αγορές.

Συμβατότητα και ευελιξία — Τα αγροβολταϊκά θα πρέπει να σχεδιάζονται για να καλύπτουν τις ανταγωνιστικές ανάγκες των ιδιοκτητών ηλιακών, των φορέων εκμετάλλευσης ηλιακής ενέργειας και των αγροτών ή των ιδιοκτητών γης ώστε να επιτρέπονται αποτελεσματικές γεωργικές δραστηριότητες.

Συνεργασία και Συνεργασίες — Για να πετύχει οποιοδήποτε έργο, η επικοινωνία και η κατανόηση μεταξύ των ομάδων είναι ζωτικής σημασίας.

Το InSPIRE αντιπροσωπεύει τη μεγαλύτερη, μακροβιότερη και πιο ολοκληρωμένη ερευνητική προσπάθεια αγροβολταϊκών στον κόσμο, που εκτείνεται σε 28 τοποθεσίες σε 11 πολιτείες των ΗΠΑ, το Πουέρτο Ρίκο και την Περιφέρεια της Κολούμπια. Ορισμένοι από αυτούς τους δικτυακούς τόπους περιλαμβάνουν άμεση έρευνα, μερικοί περιλαμβάνουν σχεδιασμό και εξέταση έρευνας και άλλοι περιλαμβάνουν συνεχή διαβούλευση και καθοδήγηση εταίρων.

"Ένα πράγμα που έχει κάνει πολύ καλά το InSPIRE είναι να δημιουργήσει μια κοινότητα ανθρώπων που σκέφτονται διαφορετικά για το σχεδιασμό και τη διαχείριση φωτοβολταϊκών ηλιακών φωτοβολταϊκών. Σε γενικές γραμμές, μετά από μια κλήση διάσκεψης InSPIRE που ακούμε επιστήμονες και επαγγελματίες του κλάδου μοιράζονται τα αποτελέσματά τους, υπάρχει τεράστια ενέργεια και αισιοδοξία για την πρόκληση και ευκαιρία μπροστά μας», δήλωσε ο Rob Davis της Connexus Energy, του μεγαλύτερου ηλεκτρικού συνεταιρισμού της Midwest.