Совместное размещение солнечной энергии, сельскохозяйственных культур и домашнего скота в агроэлектрических проектах
Sep 14, 2022
Солнечная энергия занимает центральное место в моделях экологической устойчивости, но не все проекты строятся одинаково. Одной из проблем развития энергетики, возобновляемой или иной, является концепция «расползания энергии», которая представляет собой выделение земли для производства и распределения энергии.
По оценкам Environment California, солнечная энергия на крыше может помешать освоению 148,000 акров земли по сравнению с наземной моделью коммунального масштаба. Это основано на предполагаемом государственном регулирующем органе развертывании 28,5 ГВт солнечной энергии на крыше до 2045 года для достижения целей чистой энергии. Это площадь примерно в половину площади Лос-Анджелеса, которую можно было бы сохранить.
Солнечные батареи приветствуются за их способность интегрироваться в застроенную среду, размещаться на крышах, интегрироваться в фасады зданий, навесы для автомобилей и т. д. тоже понадобится. Именно здесь может вмешаться агроэнергетика, практика совместного производства солнечной энергии с сельскохозяйственными функциями.
Исследования Университета штата Орегон показали, что совместное размещение солнечной и сельскохозяйственной энергии может обеспечить 20 процентов от общего объема производства электроэнергии в Соединенных Штатах. По словам исследователей, широкомасштабная установка агровольтаики может привести к ежегодному сокращению выбросов углекислого газа на 330 000 тонн при "минимальном" влиянии на урожайность.
В документе говорится, что потребуется территория размером с Мэриленд, если агроэлектроэнергетика будет обеспечивать 20 процентов производства электроэнергии в США. Это около 13000 квадратных миль, или 1 процент нынешних сельскохозяйственных угодий США. По оценкам, в глобальном масштабе 1 процент всех сельскохозяйственных угодий мог бы обеспечить мировые потребности в энергии, если бы они были преобразованы в солнечные фотоэлектрические системы.
Биосфера 2
Агровольтаика делает больше, чем сохраняет землю и максимально использует акр. Существует синергия между солнечными батареями и сельскохозяйственной деятельностью внизу.
Например, группа исследователей из Университета Аризоны, которые управляют агроэлектрическим испытательным центром в Биосфере 2, полностью автономной внутренней «естественной» среде, обнаружила, что сельскохозяйственные культуры улучшают производительность солнечных батарей, а солнечные батареи повышают урожайность. в сухих средах.
Команда «Биосферы» обнаружила, что тень, обеспечиваемая фотоэлектрической системой, уменьшает испарение, а это означает, что вода дольше остается на поверхности и лучше питает сельскохозяйственные культуры, чем сельское хозяйство на открытом воздухе. Это не только экономит воду, но и делает растения более сильными, что приводит к повышению урожайности. Кроме того, затененное пространство, обеспечиваемое панелями, заставляет растения расползаться в поисках солнечного света. В ходе испытаний лист, затененный агровольтаикой, был почти в два раза больше, чем лист на открытом воздухе.
В сухом климате, подобном тому, что окружает Биосферу 2, часто бывает слишком много света и тепла для нормального роста растений. Тень панели помогает создать лучшие условия для растений. То же самое касается солнечных батарей, которые производят меньше энергии при высоких температурах. Обычная солнечная установка может удалить всю растительность внизу, что в больших солнечных батареях вызывает изученный эффект теплового острова.
Избыточная солнечная энергия, которая не преобразуется в электричество, может покинуть территорию двумя путями: либо в виде скрытого тепла, либо в виде явного тепла. Явное тепло — это то, что мы можем чувствовать, и это тип, который наносит ущерб производству солнечной фотоэлектрической энергии. Скрытая теплота — это энергия, которая поглощается близлежащей водой и испаряется в виде пара. Добавляя культуры внизу в засушливом климате, вы увеличиваете поглощение скрытого тепла, снижаете тепловое давление на панели и увеличиваете производительность и жизненный цикл.
Фермерам с засушливым климатом также может понравиться работа с агровольтаикой. Предварительные данные из центра показывают, что температура кожи примерно на 20 градусов по Фаренгейту ниже, чем на открытом воздухе.
проект ИНСПАЙР
Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) изучает множество возможностей для агроэнергетики, включая размещение крупного рогатого скота или овец, сельскохозяйственных культур, благоприятных для опылителей местных растений или восстановление почвы и другие экосистемные услуги на том же участке земли, что и активные солнечные батареи.
Основной исследовательский проект NREL в области агроэнергетики называется «Инновационные методы использования солнечной энергии, интегрированные с сельской экономикой и экосистемами» (InSPIRE). Проект InSPIRE разработал финансовый калькулятор для количественной оценки преимуществ практики. Он также разработал список лучших практик для тех, кто заинтересован в выходе на поле. Кроме того, InSPIRE отслеживает все активные агроэлектрические сайты в США, которые можно найти здесь.
«Благодаря нашей работе, которая охватывает несколько регионов, конфигураций и сельскохозяйственных работ, мы увидели так много первоначальных многообещающих результатов», — сказал Джордан Макник, ведущий аналитик NREL по энергетике, воде и земле и главный исследователь проекта InSPIRE. «Теперь наша задача состоит в том, чтобы выяснить, как масштабировать и повторить эти успехи».
NREL также разработала набор из пяти основных принципов успеха в агроэнергетике, называемых пятью C:
Климат, почва и условия окружающей среды. Условия окружающей среды в определенном месте должны подходить как для выработки солнечной энергии, так и для желаемых культур или почвенного покрова.
Конфигурации, солнечные технологии и конструкции. Выбор солнечной технологии, план площадки и другая инфраструктура могут влиять на все: от того, сколько света попадает на солнечные панели, до того, может ли трактор при необходимости проехать под панелями. «Эта инфраструктура будет находиться в земле в течение следующих 25 лет, поэтому вам нужно подготовить ее для запланированного использования. От этого будет зависеть успех проекта», — сказал Джеймс МакКолл, исследователь NREL, работающий над InSPIRE.
Выбор сельскохозяйственных культур и методы выращивания, дизайн семян и растительности, а также подходы к управлению. Агроэлектрические проекты должны выбирать культуры или почвопокровные, которые будут хорошо расти под панелями в их местном климате и приносить прибыль на местных рынках.
Совместимость и гибкость. Агровольтаика должна быть разработана с учетом конкурирующих потребностей владельцев и операторов солнечной энергии, а также фермеров или землевладельцев, чтобы обеспечить эффективную сельскохозяйственную деятельность.
Сотрудничество и партнерство. Для успеха любого проекта крайне важно общение и взаимопонимание между группами.
InSPIRE представляет собой крупнейшую, самую продолжительную и наиболее всестороннюю исследовательскую работу в области агроэнергетики в мире, охватывающую 28 площадок в 11 штатах США, Пуэрто-Рико и округе Колумбия. Некоторые из этих сайтов связаны с прямыми исследованиями, некоторые — с планированием и рассмотрением исследований, а некоторые — с постоянными консультациями и наставничеством партнеров.
«Одна вещь, которую InSPIRE сделала действительно хорошо, — это создание сообщества людей, которые по-разному думают о проектировании и управлении фотоэлектрическими солнечными батареями. Во всем мире после телефонной конференции InSPIRE ученые и специалисты-практики делятся своими результатами, появляется огромная энергия и оптимизм для решения этой задачи. и возможности впереди нас», — сказал Роб Дэвис из Connexus Energy, крупнейшего энергетического кооператива Среднего Запада.
