Агровольтаїка — користь для полів і для СЕС

Агровольтаїка, спільне розміщення сонячної фотоелектричної системи з рослинництвом, вирішує принаймні дві важливі потреби. Сонячна енергія забезпечує відновлювану енергію, необхідну для пом’якшення наслідків зміни клімату, одночасно задовольняючи глобальні потреби в енергії. А зернові культури, вирощені разом із генерацією електроенергії, допомагають прогодувати зростаюче населення, яке, за прогнозами ООН, до 2050 року зросте майже до 10 мільярдів людей у всьому світі.
 

Дослідники Корнелла вивчали агровольтаїку, щоб з’ясувати, чи є підстави вважати, що на суміжних ділянках відбуватиметься серйозний компроміс між виробництвом їжі та енергії. Дослідження показало, як сонячне виробництво та рослинництво можуть існувати не тільки поруч, але й як спільне розміщення покращує мікроклімат і температуру поверхні сонячних фотомодулів.
 

Дослідники розробили модель мікроклімату за допомогою обчислювальної гідродинаміки (CFD), яку вони порівняли з експериментальними даними, щоб дослідити вплив висоти панелі, відбивання світла (альбедо) і кількість води, що випаровується (евапотранспірація) на сонячній фотоелектричній ділянці. Результати опубліковані в Applied Energy.
 

«Тепер ми вперше маємо заснований на фізиці інструмент для оцінки витрат і вигод від спільного розміщення сонячних панелей і комерційного сільського господарства з точки зору підвищення ефективності перетворення електроенергії та довговічності сонячних панелей», — сказав провідний автор Генрі Вільямс, докторант Cornell Engineering.

Команда продемонструвала агроелектричну установку з вирощуванням соєвих бобів під сонячними модулями, встановленими на висоті близько 4 метрів, що демонструє зниження температури сонячних модулів до 10 C у порівнянні з сонячною фермою, встановленою лише на висоті 0,5 метра над голим ґрунтом.

Дослідники відзначили, що оскільки модулі зазнають втрат ефективності від 0,1 до 0,5 % на градус вище 77 C, мається на увазі, що ефективність перетворення сонячної енергії є більшою, коли сонячна батарея встановлена над культурами, порівняно з відкритим ґрунтом або гравієм. На додаток до підвищення ефективності, роки зниження робочих температур призведуть до збільшення терміну служби сонячних модулів, за словами дослідників, що говорить про довгостроковий економічний потенціал агроелектричних систем.

«Існує потенціал для агроелектричних систем, де співіснують сільське господарство та сонячні панелі, щоб забезпечити посилене пасивне охолодження завдяки більшій висоті панелей, більшому відбивному покриттю ґрунту та більшій швидкості випаровування порівняно з традиційними сонячними електростанціями», — каже старший автор Макс Чжан, професор Школи машинобудування та аерокосмічної інженерії, «Ми можемо виробляти відновлювану електроенергію та зберігати сільськогосподарські угіддя за допомогою агроелектричних систем».

На додаток до зазначених переваг, поєднання енергії та сільськогосподарських культур вирішує проблеми землекористування, з якими стикаються як розробники сонячної енергії, так і великі фермери. Відповідно до попереднього дослідження, проведеного групою Чжана, близько 40% потужностей сонячних електростанцій загального користування було розроблено на сільськогосподарських землях у штаті Нью-Йорк, тоді як близько 84% земель, які вважаються придатними для будівництва сонячних електростанцій загального користування, є сільськогосподарськими.
 

«Якщо ви зменшите робочу температуру сонячної панелі, ви зможете підвищити ефективність і збільшити довговічність своїх сонячних модулів, — сказав Вільямс. — Ми демонструємо подвійну вигоду. З одного боку, у вас є виробництво продуктів харчування для фермерів, а з іншого боку, ми продемонстрували покращену довговічність і покращену ефективність перетворення для розробників сонячних батарей».
 

Згідно з даними Інституту світових ресурсів, глобальний попит на продовольство, як очікується, зросте на 50% до 2050 року, а також збільшиться необхідність пом’якшити вплив зміни клімату. Агровольтаїка, здається, пропонує безліч переваг, підсумовує дослідження.
 

«До цього моменту більшість переваг від агроелектричних систем були пов’язані з жаркими та посушливими кліматичними зонами, — сказав Чжан. — Ця стаття робить крок до оцінки життєздатності агровольтаїки в помірних кліматичних умовах для послаблення конкуренції у землекористуванні, з якою стикається світ».

Зауважимо, що умови дослідження цілком відповідають українському клімату, що демонструє високі перспективи використання принципів агровольтаїки у нас. Це особливо важливо, зважаючи на відчутні зміни клімату, що потребують зміни підходів для збереження можливості безперешкодного вирощування традиційних для України культур.