Samlokalisering af sol, afgrøder, husdyr i agrovoltaiske projekter

Solenergi er central for modeller for miljømæssig bæredygtighed, men ikke alle projekter er bygget ens. En bekymring i energiudvikling, vedvarende eller på anden måde, er begrebet "energispredning", som er indvielsen af ​​jord til energiproduktion og -distribution.

Miljø Californien vurderer, at solenergi på taget kan forhindre udviklingen af ​​148,000 acres jord i forhold til en jordmonteret model i brugsskala. Dette er baseret på en statslig tilsynsmyndigheds anslået udbredelse af 28,5 GW solenergi på taget gennem 2045 for at opfylde målene for ren energi. Det er et område omkring halvt så stort som Los Angeles, der kunne bevares.

Solar hyldes for sin evne til at blive integreret i det byggede miljø, placeret på tage, integreret i bygningsfacader, på carporte osv. Men for at opfylde aggressive dekarboniseringsmål og opnå et 100 procent vedvarende energisystem, jordmonteret solcelle vil der også være behov for. Det er her agrivoltaics, praksis med at samlokalisere solenergiproduktion med landbrugsfunktioner, kan træde til.

Forskning fra Oregon State University viste, at samlokalisering af solenergi og landbrug kunne levere 20 procent af den samlede elproduktion i USA. Storskala installation af agrovoltaik kan føre til en årlig reduktion på 330,000 tons kuldioxidemissioner, mens den "minimalt" påvirker afgrødeudbyttet, sagde forskerne.

Avisen fandt, at et område på størrelse med Maryland ville være nødvendigt, hvis agrivoltaics skulle dække 20 procent af den amerikanske elproduktion. Det er omkring 13,000 kvadrat miles eller 1 procent af det nuværende amerikansk landbrugsjord. På globalt plan anslås det, at 1 procent af al landbrugsjord kunne producere verdens energibehov, hvis den omdannes til solcelleanlæg.

Biosfære 2

Agrivoltaics gør mere end at bevare jord og få mest muligt ud af en hektar. Der er synergier mellem solcellepanelerne og landbrugsaktiviteterne nedenfor.

For eksempel fandt et team af forskere fra University of Arizona, som driver et agrivoltaisk testcenter ved Biosphere 2, et fuldt selvstændigt indendørs "naturligt" miljø, at afgrøder forbedrer solpanelets ydeevne, og solpanelerne forbedrer afgrødeudbyttet i tørre omgivelser.

Biosfæreholdet fandt ud af, at skyggen fra solcelleanlægget reducerede fordampningen, hvilket betyder, at vandet ville blive længere på overfladen og bedre foderafgrøder end udendørs landbaseret landbrug. Dette sparer ikke kun vand, men det får planterne til at vokse sig stærkere, hvilket fører til et bedre afgrødeudbytte. Derudover får det skyggefulde rum, som panelerne giver, planter til at sprede sig og søge efter sollys. I forsøgene var det agrivoltaiske skraverede blad næsten dobbelt så stort som det friluftsblad.

I tørre klimaer som det, der omgiver Biosphere 2, kan der ofte være for meget lys og varme til, at planter kan vokse ordentligt. Panelets skærm er med til at skabe bedre forhold for planterne. Det samme gælder solpaneler, som producerer mindre strøm ved høje temperaturer. Et konventionelt solcelleanlæg kan fjerne al vegetation nedenunder, hvilket i store solpaneler forårsager en undersøgt effekt af en varmeø.

Overskydende solenergi, der ikke omdannes til elektricitet, kan forlade området på to måder: enten som latent varme eller fornuftig varme. Følsom varme er den type, vi kan mærke, og den type, der er skadelig for solcelleproduktionen. Latent varme er den energi, der absorberes af nærliggende vand og fordamper til damp. Ved at tilføje afgrøder nedenfor i et tørt klima tilføjer du mere latent varmeabsorption, fjerner varmetrykket fra panelerne og øger produktion og livscyklus.

Tørklimabønder kan også nyde at arbejde med agrovoltaik. Foreløbige data fra centret tyder på, at hudtemperaturer er omkring 20 grader Fahrenheit lavere end udendørs landbrug.

InSPIRE projekt

National Renewable Energy Laboratory (NREL) undersøger mange muligheder for agrivoltiacs, herunder at placere kvæg eller får, afgrøder, bestøvningsvenlige indfødte planter eller jordrehabilitering og andre økosystemtjenester i samme jordlod som aktive solarrays.

NRELs hovedforskningsprojekt om agrovoltaik hedder Innovative Solar Practices Integrated with Rural Economies and Ecosystems (InSPIRE). InSPIRE-projektet udviklede en økonomisk lommeregner til at kvantificere fordelene ved praksis. Det udviklede også en liste over bedste praksis for dem, der er interesserede i at komme ind på området. Derudover sporer InSPIRE alle aktive agrivoltaics-steder i hele USA, som kan findes her.

"Gennem vores arbejde, som spænder over flere regioner, konfigurationer og landbrugsaktiviteter, har vi set så mange indledende lovende resultater," sagde Jordan Macknick, NRELs førende energi-vand-land-analytiker og hovedefterforsker for InSPIRE-projektet. "Nu er vores udfordring at finde ud af, hvordan man skalerer op og kopierer disse succeser."

NREL udviklede også et sæt af fem grundlæggende principper for succes i agrovoltaik, kaldet de fem C'er:

Klima, jordbund og miljøforhold — De omgivende forhold på et sted skal være passende for både solgenerering og de ønskede afgrøder eller jorddække.

Konfigurationer, solenergiteknologier og designs — Valget af solcelleteknologi, stedets layout og anden infrastruktur kan påvirke alt fra hvor meget lys der når solpanelerne til om en traktor, hvis det er nødvendigt, kan køre under panelerne. "Denne infrastruktur vil være i jorden i de næste 25 år, så du er nødt til at få den rigtigt til dit planlagte brug. Det vil afgøre, om projektet lykkes," siger James McCall, en NREL-forsker, der arbejder på InSPIRE.

Udvælgelse af afgrøder og dyrkningsmetoder, frø- og vegetationsdesign og forvaltningstilgange—Agrivoltaiske projekter bør vælge afgrøder eller bunddække, der vil trives under paneler i deres lokale klima, og som er rentable på lokale markeder.

Kompatibilitet og fleksibilitet — Agrivoltaics bør udformes til at imødekomme de konkurrerende behov hos solcelleejere, solcelleoperatører og landmænd eller jordejere for at muliggøre effektive landbrugsaktiviteter.

Samarbejde og partnerskaber — For at ethvert projekt skal lykkes, er kommunikation og forståelse mellem grupper afgørende.

InSPIRE repræsenterer den største, længstvarende og mest omfattende agrovoltaikforskningsindsats i verden, der spænder over 28 steder i 11 amerikanske stater, Puerto Rico og District of Columbia. Nogle af disse websteder involverer direkte forskning, nogle involverer forskningsdesign og -overvejelse, og nogle involverer løbende høring og vejledning af partnere.

"En ting, som InSPIRE har gjort rigtig godt, er at skabe et fællesskab af mennesker, der tænker anderledes om PV-solenergidesign og -styring. Generelt, efter et InSPIRE-konferenceopkald, hvor videnskabsmænd og branchefolk deler deres resultater, er der en enorm energi og optimisme til udfordringen. og muligheder foran os," sagde Rob Davis fra Connexus Energy, Midtvestens største elektriske co-op.