Samlokalisering av solenergi, avlinger, husdyr i agrovoltaiske prosjekter

Solenergi er sentralt i modeller for miljømessig bærekraft, men ikke alle prosjekter er bygget like. En bekymring i energiutvikling, fornybar eller på annen måte, er konseptet "energispredning", som er dedikasjonen av land for energiproduksjon og -distribusjon.

Miljø California anslår solenergi på taket kan forhindre utviklingen av 148,000 dekar land i forhold til en bakkemontert modell i bruksskala. Dette er basert på en statlig regulators estimerte distribusjon av 28,5 GW solenergi på taket gjennom 2045 for å oppfylle målene for ren energi. Det er et område som er omtrent halvparten så stort som Los Angeles som kan bevares.

Solar hylles for sin evne til å bli integrert i det bygde miljøet, plassert på hustak, integrert i bygningsfasader, på carporter osv. Men for å møte aggressive avkarboniseringsmål og oppnå et 100 prosent fornybart energisystem, bakkemontert solcelle vil også være nødvendig. Det er her agrivoltaics, praksisen med å samlokalisere solenergiproduksjon med landbruksfunksjoner, kan tre inn.

Forskning fra Oregon State University fant at samlokalisering av solenergi og landbruk kunne gi 20 prosent av den totale elektrisitetsproduksjonen i USA. Storskala installasjon av agrivoltaics kan føre til en årlig reduksjon på 330,000 tonn karbondioksidutslipp, samtidig som den påvirker avlingsutbyttet «minimalt», sa forskerne.

Avisen fant at et område på størrelse med Maryland ville være nødvendig hvis agrivoltaics skulle dekke 20 prosent av USAs elektrisitetsproduksjon. Det er omtrent 13,000 kvadratkilometer, eller 1 prosent av dagens jordbruksland i USA. På global skala anslås det at 1 prosent av all jordbruksland vil kunne produsere verdens energibehov hvis den konverteres til solenergi.

Biosfære 2

Agrivoltaics gjør mer enn å bevare land og få mest mulig ut av en dekar. Det er synergier mellom solcellepanelene og landbruksaktivitetene nedenfor.

For eksempel fant et team av forskere ved University of Arizona, som driver et agrivoltaisk testsenter ved Biosphere 2, et fullstendig selvforsynt innendørs "naturlig" miljø, at avlinger forbedrer solpanelets ytelse, og solpanelene forbedrer avlingsutbyttet. i tørre omgivelser.

Biosfære-teamet fant ut at skyggen gitt av solcelleanlegget reduserte fordampning, noe som betyr at vannet ville holde seg på overflaten lenger og bedre fôravlinger enn landbasert landbruk i friluft. Ikke bare sparer dette vann, men det får plantene til å vokse sterkere, noe som fører til bedre avling. I tillegg får den skyggefulle plassen gitt av panelene planter til å spre seg og lete etter sollys. I forsøkene var det agrivoltaisk-skyggelagte bladet nesten dobbelt så stort som det friluftsblad.

I tørre klima som det som omgir Biosphere 2, kan det ofte være for mye lys og varme til at plantene kan vokse ordentlig. Panelets skygge bidrar til å skape bedre forhold for plantene. Det samme gjelder solcellepaneler, som produserer mindre strøm ved høye temperaturer. Et konvensjonelt solcelleanlegg kan fjerne all vegetasjon under, som i store solcellepaneler forårsaker en studert effekt av en varmeøy.

Overflødig solenergi som ikke omdannes til elektrisitet kan forlate området på to måter: enten som latent varme eller fornuftig varme. Fornuftig varme er typen vi kan føle, og typen som er skadelig for solcelleproduksjon. Latent varme er energien som absorberes av nærliggende vann, og fordamper til damp. Ved å legge til avlinger under i et tørt klima, tilfører du mer latent varmeabsorpsjon, fjerner varmetrykket fra panelene og øker produksjonen og livssyklusen.

Tørrklimabønder kan også like å jobbe med agrivoltaics. Foreløpige data fra senteret antyder at hudtemperaturer er omtrent 20 grader Fahrenheit lavere enn utendørs jordbruk.

InSPIRE-prosjektet

National Renewable Energy Laboratory (NREL) utforsker mange muligheter for agrivoltiacs, inkludert å plassere storfe eller sauer, avlinger, pollinatorvennlige innfødte planter, eller jordrehabilitering og andre økosystemtjenester i samme tomt som aktive solcellepaneler.

NRELs hovedforskningsprosjekt på agrivoltaics heter Innovative Solar Practices Integrated with Rural Economies and Ecosystems (InSPIRE). InSPIRE-prosjektet utviklet en økonomisk kalkulator for å kvantifisere fordelene med praksisen. Den utviklet også en liste over beste praksis for de som er interessert i å gå inn i feltet. I tillegg sporer InSPIRE alle aktive agrivoltaics-nettsteder over hele USA, som kan finnes her.

"Gjennom vårt arbeid, som spenner over flere regioner, konfigurasjoner og landbruksaktiviteter, har vi sett så mange innledende lovende resultater," sa Jordan Macknick, NRELs ledende energi-vann-land-analytiker og hovedetterforsker for InSPIRE-prosjektet. "Nå er utfordringen vår å finne ut hvordan vi kan skalere opp og gjenskape disse suksessene."

NREL utviklet også et sett med fem grunnleggende prinsipper for suksess i agrivoltaics, kalt de fem C-ene:

Klima, jord og miljøforhold — Omgivelsesforholdene på et sted må være passende for både solgenerering og ønskede avlinger eller bakkedekke.

Konfigurasjoner, solenergiteknologier og design — Valget av solenergiteknologi, anleggets layout og annen infrastruktur kan påvirke alt fra hvor mye lys som når solcellepanelene til om en traktor, om nødvendig, kan kjøre under panelene. "Denne infrastrukturen vil være i bakken de neste 25 årene, så du må få den riktig for din planlagte bruk. Det vil avgjøre om prosjektet lykkes," sa James McCall, en NREL-forsker som jobber med InSPIRE.

Avlingsvalg og dyrkingsmetoder, frø- og vegetasjonsdesign og forvaltningstilnærminger—Agrivoltaiske prosjekter bør velge avlinger eller bunndekker som vil trives under paneler i deres lokale klima og som er lønnsomme i lokale markeder.

Kompatibilitet og fleksibilitet — Agrivoltaics bør utformes for å imøtekomme de konkurrerende behovene til solcelleeiere, solcelleoperatører og bønder eller grunneiere for å tillate effektive landbruksaktiviteter.

Samarbeid og partnerskap — For at ethvert prosjekt skal lykkes, er kommunikasjon og forståelse mellom grupper avgjørende.

InSPIRE representerer den største, lengstlevende og mest omfattende forskningsinnsatsen for agrivoltaikk i verden, og spenner over 28 steder i 11 amerikanske stater, Puerto Rico og District of Columbia. Noen av disse sidene involverer direkte forskning, noen involverer forskningsdesign og vurdering, og noen involverer løpende konsultasjon og veiledning av partnere.

"En ting som InSPIRE har gjort veldig bra, er å skape et fellesskap av mennesker som tenker annerledes om PV-solenergidesign og -styring. Universalt sett, etter en InSPIRE-konferansesamtale og høre forskere og bransjeutøvere dele resultatene sine, er det enorm energi og optimisme for utfordringen og muligheten foran oss," sa Rob Davis fra Connexus Energy, Midtvestens største elektriske co-op.