Agrowoltaika – praktyka umieszczania instalacji słonecznych obok pól uprawnych – jest coraz częściej stosowana na całym świecie jako sposób na wprowadzenie rozproszonej czystej energii bez uszczerbku dla użytkowania gruntów.
Według badań przeprowadzonych przez Oregon State University, kolokacja energii słonecznej i rolniczej może zapewnić 20 procent całkowitej produkcji energii elektrycznej w Stanach Zjednoczonych. Według naukowców wielkoskalowa instalacja agrowoltaiki mogłaby doprowadzić do rocznej redukcji emisji dwutlenku węgla o 330 tys. ton przy „minimalnym” wpływie na plony.
Według badania, obszar wielkości stanu Maryland byłby potrzebny, aby agrowoltaika pokryła 20 procent produkcji energii elektrycznej w Stanach Zjednoczonych. To około 13,000 1 mil kwadratowych, czyli 1 procent obecnego areału rolnego w USA. Szacuje się, że w skali globalnej XNUMX procent wszystkich gruntów rolnych mógłby wytwarzać energię potrzebną światu, gdyby został przekształcony w fotowoltaikę.
Istnieje wiele sposobów montażu paneli agrowoltaicznych. Jedną z najczęstszych metod jest podniesienie obiektu, aby zrobić miejsce na swobodny ruch sprzętu rolniczego lub zwierząt gospodarskich pod spodem. Innym modnym rozwiązaniem jest ustawienie paneli fotowoltaicznych w pionie, pozostawiając szerokie otwarte przestrzenie między rzędami paneli.
United States
W Somerset w Kalifornii na winnicy zainstalowano pionowe panele słoneczne Sunzaun zaprojektowane przez Niemców. Instalator Sunstall opracował instalację składającą się z 43 modułów 450 W podłączonych do mikroinwertera i dwóch akumulatorów.
Minimalistyczny projekt wykorzystywał otwory w ramach modułów do prostego mocowania do dwóch pali, co pozwoliło uniknąć konieczności stosowania ciężkiego systemu półek. Dwustronne moduły słoneczne wytwarzają energię po obu stronach pionowo ustawionego układu.
W tradycyjnych systemach zaprojektowanych z orientacją poziomą, szyny służące do montażu paneli na systemie regałów są zwykle przycinane w celu dopasowania do zamierzonego rozmiaru panelu. Jeśli rozmiar panelu zmieni się po sfinalizowaniu zakupu wszystkich innych komponentów, projekt może napotkać opóźnienia, ponieważ szyny zostaną przeprojektowane, aby dostosować się do zaktualizowanego rozmiaru panelu. Konstrukcja Sunzaun pozwala w łatwy sposób dostosować się do zmiany rozmiaru panelu poprzez regulację odległości pomiędzy poszczególnymi stosami. W razie potrzeby istnieje również możliwość regulacji wysokości paneli od podłoża.
Niemcy
Naukowcy z Wyższej Szkoły Zawodowej w Lipsku zbadali potencjalny wpływ masowego wdrażania pionowych systemów fotowoltaicznych zorientowanych na zachód-wschód na niemiecki rynek energetyczny. Odkryli, że instalacje te mogą mieć korzystny wpływ na stabilizację krajowej sieci energetycznej, jednocześnie umożliwiając większą integrację z działalnością rolniczą niż konwencjonalne naziemne elektrownie fotowoltaiczne.
Naukowcy odkryli, że pionowe systemy fotowoltaiczne mogą przesuwać wydajność słoneczną w kierunku godzin największego zapotrzebowania na energię elektryczną i większości dostaw energii elektrycznej w miesiącach zimowych, zmniejszając w ten sposób ograniczenia nasłonecznienia.
„Jeżeli do modelu systemu energetycznego zostanie włączone magazynowanie energii elektrycznej o mocy 1 TW mocy ładowania i rozładowania oraz 1 TWh pojemności, efekt zostanie zredukowany do oszczędności CO2 do 2.1 Mt/rok przy 70 procentach modułów pionowych zorientowanych ze wschodu na zachód i 30 procent na południe” – powiedzieli. „Wreszcie, chociaż dla niektórych osiągnięcie wskaźnika 70 procent elektrowni pionowych może wydawać się nierealne, nawet niższy wskaźnik ma korzystny wpływ”.
Japonia
W Japonii firma Luxor Solar KK, spółka zależna niemieckiego producenta modułów Luxor Solar, zbudowała pionowy system fotowoltaiczny o mocy 8.3 kW na parkingu fabryki przetwórstwa ryżu, której właścicielem jest Eco Rice Niigata.
„Samochody będą zaparkowane między systemami pionowymi” – wyjaśnił Uwe Liebscher, dyrektor zarządzający Luxor Solar KK magazynowi PV. „Celem tego systemu jest pokazanie trwałości w zimie i dodatkowej wydajności energetycznej dzięki odbiciu śniegu”. Z drugiej strony Niigata jest znana z tego, że jest obszarem o dużym obciążeniu śniegiem, gdzie w zimie spada do 2 lub 3 metrów śniegu”.
System skierowany na południe obejmuje własne heterozłączowe moduły słoneczne firmy Luxor Solar, a także systemy montażowe niemieckiego specjalisty od pionowej fotowoltaiki Next2Sun oraz falowniki japońskiej firmy Omron. Pionowy zespół będzie dostarczał energię elektryczną do fabryki przetwórstwa ryżu znajdującej się obok systemu. Miasto Nagaoka sfinansowało projekt kwotą 2 milionów jenów (14,390 XNUMX USD).
„Instalacja pionowa zajmuje tylko minimalną powierzchnię użytków rolnych, zachowując jednocześnie ponad 85 procent światła docierającego do upraw, co zapewnia optymalną równowagę między energią słoneczną a rolnictwem, co ma kluczowe znaczenie w Japonii” — wyjaśnia. „Dzięki temu możemy na dużą skalę budować systemy agrowoltaiczne na gruntach użyteczności publicznej, takich jak pszenica, ziemniaki czy ryż”.
Francja
We Francji TotalEnergies i InVivo, specjalista w dziedzinie agrowoltaiki, uruchomiły pionowy demonstrator agrowoltaiki o mocy 111 kW. TotalEnergies powiedział, że instalacja pilotażowa zbada wpływ paneli słonecznych na plony rolne, a także różnorodność biologiczną, magazynowanie węgla i jakość wody w tym miejscu.
„Jesteśmy przekonani, że synergie powstałe między produkcją zielonej energii elektrycznej, biogazem i rolnictwem są jedną z odpowiedzi gwarantujących naszą niezależność energetyczną i żywnościową”, powiedział Thierry Muller, dyrektor generalny TotalEnergies Renouvelables France.
Szwecja
Naukowcy z Uniwersytetu w Mälardalen (Szwecja) opracowali model obliczeniowej dynamiki płynów (CFD), który ułatwia analizę mikroklimatów w pionowych projektach fotowoltaicznych. Symulacje CFD są wykorzystywane do rozwiązywania złożonych równań dotyczących przepływu ciał stałych i gazów przez ciała i wokół nich, co można wykorzystać do analizy mikroklimatów w systemach rolniczych.
„Modele systemów agrowoltaicznych (AV) będą często wykorzystywane do projektowania nowych systemów AV, a także do podejmowania decyzji, ponieważ zmiany mikroklimatyczne można analizować/przewidywać na podstawie lokalizacji i rozwiązania systemu AV”, badacz Sebastian Zainalli powiedział magazyn pv.w
W badaniu zaobserwowano 38-procentowy spadek intensywności promieniowania słonecznego w obszarach gruntu zacienionych przez pionowe moduły fotowoltaiczne.
Kluczowe zasady
Amerykańskie Narodowe Laboratorium Energii Odnawialnej zaproponowało pięć zasad sukcesu agrowoltaiki, w tym:
Klimat, gleba i warunki środowiskowe: Warunki środowiskowe miejsca muszą być odpowiednie zarówno do wytwarzania energii słonecznej, jak i pożądanych upraw lub pokrywy roślinnej.
Konfiguracje, technologie słoneczne i projekty: wybór technologii słonecznej, układ terenu i inna infrastruktura mogą mieć wpływ na wszystko, od ilości światła docierającego do paneli słonecznych po to, czy ciągnik może w razie potrzeby przejechać pod panelami. „Ta infrastruktura będzie działać przez następne 25 lat, więc musi być wykonana zgodnie z przeznaczeniem. Od tego zależeć będzie powodzenie projektu”, mówi James McCall, badacz NREL pracujący nad InSPIRE.
Selekcja upraw i metody uprawy, projekty nasion i roślinności oraz podejścia do zarządzania: Projekty agrowoltaiczne powinny wybierać uprawy lub rośliny okrywowe, które rozwijają się pod panelami w ich lokalnym klimacie i które są opłacalne na lokalnych rynkach.
Kompatybilność i elastyczność: Agrowoltaika musi być zaprojektowana w sposób, który dostosowuje się do sprzecznych potrzeb właścicieli instalacji słonecznych, operatorów energii słonecznej oraz rolników lub właścicieli ziemskich, aby umożliwić wydajną działalność rolniczą.
Współpraca i partnerstwo: Aby każdy projekt zakończył się sukcesem, kluczowa jest komunikacja i zrozumienie między grupami.