Agrovoltaics – bruket att placera solenergianläggningar bredvid jordbruksmark – antas allt oftare runt om i världen som ett sätt att introducera distribuerad ren energi utan att kompromissa med markanvändningen.
Enligt forskning från Oregon State University skulle samlokaliseringen av solenergi och jordbruksenergi kunna ge 20 procent av den totala elproduktionen i USA. Enligt forskarna kan den storskaliga installationen av agrovoltaik leda till en årlig minskning av 330 tusen ton koldioxidutsläpp med en "minimal" inverkan på skördarna.
Enligt studien skulle ett område lika stort som delstaten Maryland behövas för att agrovoltaik ska täcka 20 procent av elproduktionen i USA. Det är cirka 13,000 1 kvadratkilometer, eller 1 procent av USA:s nuvarande jordbruksareal. På global skala uppskattas det att XNUMX procent av all jordbruksmark skulle kunna producera den energi som världen behöver om den konverteras till solceller.
Det finns många sätt att installera agrovoltaiska paneler. En av de vanligaste metoderna är att höja anläggningen för att ge plats åt lantbruksutrustning eller boskap att röra sig fritt under. En annan moderiktig design är att orientera solcellspanelerna vertikalt och lämna stora öppna utrymmen mellan panelraderna.
USA
I Somerset, Kalifornien, installerades tyskdesignade Sunzaun vertikala solpaneler på en vingård. Installatören Sunstall utvecklade installationen, bestående av 43 450 W-moduler kopplade till en mikroinverter och två batterier.
Den minimalistiska designen använde hål i modulernas ramar för att göra en enkel infästning på två pålar, vilket undvek behovet av ett tungt hyllsystem. Bifacial solcellsmoduler producerar energi på båda sidor av den vertikalt orienterade arrayen.
I traditionella system utformade med horisontell orientering är skenorna som används för att montera panelerna på hyllsystemet vanligtvis kapade för att passa den avsedda storleken på panelen. Om panelstorleken ändras efter att upphandlingen av alla andra komponenter har slutförts, kan projektet uppleva förseningar medan skenorna görs om för att passa den uppdaterade panelstorleken. Sunzaun-designen gör det enkelt att anpassa sig till en förändring i panelens storlek genom att justera avståndet mellan varje stapel. Det är även möjligt att justera panelernas höjd från marken vid behov.
Tyskland
Forskare från Leipzig University of Applied Sciences har studerat den potentiella effekten av den massiva utbyggnaden av väst-östorienterade vertikala solcellssystem på den tyska energimarknaden. De har funnit att dessa installationer kan ha en gynnsam effekt på att stabilisera landets nät, samtidigt som de möjliggör större integration med jordbruksaktiviteter än konventionella markmonterade solcellsanläggningar.
Forskarna fann att vertikala solcellssystem kan skifta solenergins prestanda mot timmarna med störst efterfrågan på el och mest elförsörjning under vintermånaderna, och därigenom minska solenergibegränsningen.
”Om ett ellager på 1 TW laddnings- och urladdningseffekt och 1 TWh kapacitet integreras i energisystemmodellen reduceras effekten till en CO2-besparing på upp till 2.1 Mt/a med 70 procent av vertikala moduler orienterade från öster. åt väster och 30 procent lutande åt söder”, sa de. "Slutligen, även om det kan tyckas orealistiskt för vissa att uppnå en andel på 70 procent av vertikala kraftverk, har även en lägre andel en gynnsam effekt."
Japan
I Japan byggde Luxor Solar KK, ett dotterbolag till den tyska modultillverkaren Luxor Solar, ett 8.3 kW vertikalt solcellssystem på parkeringsplatsen för en risbearbetningsfabrik som ägs av Eco Rice Niigata.
"Bilarna kommer att parkeras mellan de vertikala systemen"" förklarade Uwe Liebscher, VD för Luxor Solar KK, för tidningen PV. "Målet med detta system är att visa hållbarheten under vintern och den extra energiprestanda som beror på reflektionen av snön." Niigata, å andra sidan, är känt för att vara ett område med hög snöbelastning, med upp till 2 eller 3 meter snö på vintern.”
Systemet i söderläge har Luxor Solars egna heterojunction solcellsmoduler, samt monteringssystem från den tyska vertikala solcellsspecialisten Next2Sun och växelriktare från japanska Omron. Den vertikala enheten kommer att leverera el till en risbearbetningsfabrik som ligger bredvid systemet. Staden Nagaoka finansierade projektet med 2 miljoner yen ($14,390 XNUMX).
"En vertikal installation använder bara ett minimalt utrymme av jordbruksmarken, samtidigt som mer än 85 procent av ljuset som når grödorna bibehålls, vilket säkerställer en optimal balans mellan solenergi och jordbruk, något avgörande i Japan", förklarar han. "Detta tillåter oss att bygga agrovoltaiska system på allmännyttiga jordbruksmark, till exempel för vete, potatis eller ris, i stor skala."
Frankrike
I Frankrike har TotalEnergies och InVivo, en specialist på agrovoltaik, lanserat en 111 kW vertikal agrovoltaikdemonstrator. TotalEnergies sa att pilotinstallationen kommer att undersöka effekten av solpaneler på jordbrukets avkastning, såväl som biologisk mångfald, kollagring och vattenkvalitet på platsen.
"Vi är övertygade om att synergierna som utvecklats mellan grön elproduktion, biogas och jordbruk är ett av svaren för att garantera vår energi- och livsmedelsoberoende", säger Thierry Muller, VD för TotalEnergies Renouvelables France.
Sverige
Forskare från Mälardalens högskola (Sverige) har utvecklat en modell för beräkningsvätskedynamik (CFD) som underlättar analys av mikroklimat i vertikala solcellsprojekt. CFD-simuleringar används för att lösa komplexa ekvationer om flödet av fasta ämnen och gaser genom och runt kroppar, som kan användas för att analysera mikroklimat inom agrovoltaiska system.
"Agrivoltaiska (AV) systemmodeller kommer att användas ofta för design av nya AV-system, såväl som för beslutsfattande, eftersom mikroklimatiska förändringar kan analyseras/förutsägas baserat på placeringen och lösningen av AV-systemet," forskaren Sebastian Zainalli berättade för pv magazine.w
Studien observerade en minskning med 38 procent i intensiteten av solstrålning i markområdena som skuggas av de vertikala solcellsmodulerna.
Nyckelprinciper
US National Renewable Energy Laboratory erbjöd fem principer för agrovoltaics framgång, inklusive:
Klimat, jordmån och miljöförhållanden: Miljöförhållandena på en plats måste vara lämpliga för både solgenerering och önskade grödor eller vegetationstäcke.
Konfigurationer, solteknik och design: Valet av solteknik, layouten på platsen och annan infrastruktur kan påverka allt från mängden ljus som når solpanelerna till om en traktor vid behov kan passera under panelerna. "Den här infrastrukturen kommer att finnas på marken under de kommande 25 åren, så det måste göras rätt för den avsedda användningen. Framgången för projektet kommer att bero på det”, säger James McCall, en NREL-forskare som arbetar på InSPIRE.
Val av grödor och odlingsmetoder, design av frö och vegetation och förvaltningsmetoder: Jordbruksprojekt bör välja grödor eller markbeläggningar som trivs under panelerna i sitt lokala klimat och som är lönsamma på lokala marknader.
Kompatibilitet och flexibilitet: Agrovoltaics måste utformas på ett sätt som anpassar sig till de motstridiga behoven hos ägare av solenergianläggningar, solcellsoperatörer och jordbrukare eller markägare för att möjliggöra effektiva jordbruksaktiviteter.
Samarbete och partnerskap: För att alla projekt ska bli framgångsrika är kommunikation och förståelse mellan grupper avgörande.
En källa: https://www.pv-magazine-mexico.com