Tie baro un dod enerģiju

Lauksaimniecībai ir lielas atklātas, saulainas teritorijas. Kāpēc gan neapvienot pārtikas ražošanu ar enerģijas ražošanu (1)? Turklāt saules paneļu saražoto elektroenerģiju varētu izmantot lokāli, piemēram, laistīšanas sūkņu darbināšanai, un pārpalikumu varētu pārdot tīklā, palielinot īpašnieka ienākumus.

Ir vērts zināt, ka daudziem augiem nepatīk spēcīgi tiešie saules stari. Paneļi, kas novietoti virs tiem, netraucēja un pat optimizēja ražu. Kopumā tos var regulēt un mainīt ienākošās gaismas līmeni atbilstoši īpaši precīzi ieprogrammētiem modeļiem. Varat arī uzskatīt tās par modernām siltumnīcām, kurās tās izmanto parasto stikla paneļu vietā. saules paneļi.

Pirms gada Scientific Reports publicēja Oregonas universitātes pētījumu, kas parādīja, ka ar šādām instalācijām vajadzētu pietikt ar vienu procentu no pasaules aramzemes, lai nodrošinātu elektrību visai cilvēcei.

Tā vietā, lai sacenstos par vietu, sadaliet laukumu

1981. gadā Ādolfs Gēcbergers un Armīns Sastrovs bija pirmie, kas ierosināja aramzemes divējādas izmantošanas koncepciju ražošanai. saules enerģija un kultūraugu audzēšana, lai uzlabotu kopējo lauksaimniecības produktivitāti. Tas bija viņu ieguldījums notiekošajās debatēs par konkurenci par aramzemi starp saules enerģijas ražošanu un laukaugu audzēšanu.

Pamatojoties uz pieņēmumu, ka pastāv tāds jēdziens kā gaismas piesātinājuma punkts un fotonu skaita palielināšana nenoved pie uzlabojumiem, japāņu pētnieks Akira Nagašima ierosināja praktisku fotoelementu sistēmu un lauksaimniecības kombināciju, lai izmantotu lieko gaismu. Pirmos prototipus viņš izstrādāja 2004. gadā.

Līdz 2017. gadam Japānas lauksaimniecības zemēs ir uzstādītas vairāk nekā tūkstotis fotoelementu sistēmu, kas pastāv līdzās tradicionālajai lauksaimniecībai. Lai saņemtu atļauju izmantot saules paneļus ar labību, Japānas lauksaimniekiem saskaņā ar vietējiem tiesību aktiem ir jāizpilda vismaz 80 procentu uzturēšanas prasība. parastā lauksaimnieciskā ražošana.

2017. gadā Japānā tika nodota ekspluatācijā 35 MW elektrostacija, kas uzstādīta 54 hektāros labības. Šīs elektrostacijas ēnojuma pakāpe ir 50 procenti, kas ir vairāk nekā 30 procenti. ēnojums, ko parasti izmanto Japānas lauksaimniecības spēkstacijās. Lauksaimnieki cita starpā audzē žeņšeņu, ašitabu un koriandru. Drīzumā Ukudžimā tiks uzbūvēta 480 MW saules elektrostacija, tostarp agroelektrostacijas.

Termins "agrovoltaics" parādījās vienā no publikācijām 2011. gadā. Āzijā dažreiz tiek lietots arī termins "saules koplietošana". Sekojot Japānas piemēram, līdzīgus projektus īsteno daudzas šī kontinenta valstis, tostarp, protams, Ķīna un Indija. Pēdējā gadījumā agroenerģija tiek uzskatīta par lielisku iespēju palielināt lauku nabadzīgo iedzīvotāju ienākumus. Malaizijā tika mēģināts uzstādīt saules paneļus tējas plantācijās, bet Vjetnamā - garneļu fermās.

Protams, šī koncepcija sasniedza arī Eiropu. Agrākais un lielākais apjoms Francijā. Fotoelektriskās siltumnīcas šeit tiek būvētas kopš 2007. gada sākuma. Francijas tehnoloģiju piemērs ir Agrinergie projekts, ko Akuo Energy izstrādājis kopš XNUMX.

Kopš 2009. gada Francijas uzņēmumi INRA, IRSTEA un Sun'R ir strādājuši pie programmas, kas izstrādāta laukiem ar nosaukumu Sun'Agri. Pirmais prototips tika uzstādīts 0,1 hektāra platībā Monpeljē. 2014. un 2017. gadā tika uzbūvēti papildu vienības prototipi ar mobilajiem vienas ass paneļiem. Sun'R pirmā āra agroelektroelektrostacija tika uzcelta 2018. gada pavasarī Treserā, Pireneju-Austrumu kalnos. Elektrostacijas jauda ir 2,2 MW no paneļiem, kas atrodas 4,5 hektāros vīna dārzu (2). Un šie nav vienīgie šāda veida franču projekti.

2. Vīnogulāju audzēšana ar saules paneļiem

Pārmērīga gaisma no fotosintēzes

Amerikas Savienotajās Valstīs šos projektus pārvalda SolAgra (3) sadarbībā ar UC Davis Agronomijas departamentu. Tiek izstrādāta pirmā elektrostacija 0,4 hektāru platībā. 2,8 ha platībā tiek izmantots apsaimniekošanas objekts. Tiek pētīti vairāki kultūraugu veidi: lucerna, sorgo, salāti, spināti, bietes, burkāni, redīsi, kartupeļi, rukola, piparmētra, rāceņi, kāposti, pētersīļi, koriandrs, pupas, zirņi, šalotes, sinepes. Agroelektriskie eksperimenti tiek veikti arī vairākās Amerikas universitātēs.

3. Fotoelementu iekārtas blakus SolAgra kultūrām

Saskaņā ar Nacionālā Zinātnes fonda finansētu pētījumu, ko vadīja Ziemeļkarolīnas štata universitātes inženieri, augu bioloģijas pētnieki un fizikas pētnieki, daudzas siltumnīcas var kļūt enerģētiski neitrālas, enerģijas ražošanai izmantojot caurspīdīgus saules paneļus (4). Mēs runājam par gaismas viļņu garumu enerģijas izmantošanu, ko augi neizmanto fotosintēzei. Pētījuma rezultāti tika publicēti šī gada februārī žurnālā Joule.

4. Agroelektriskā siltumnīca

"Augi tikai dažus no tiem izmanto fotosintēzei gaismas viļņu garumi. Ideja ir izveidot siltumnīcas, kas ģenerē enerģiju no šīs neizmantotās gaismas, vienlaikus ielaižot lielāko daļu fotosintētiskās gaismas,” skaidro viens no pētījuma autoriem Brendans O'Konors. "Mēs to varam panākt ar organiskajām saules baterijām, jo ​​tās ļauj mums precīzi noregulēt saules baterijas absorbētās gaismas spektru. Tomēr līdz šim nebija skaidrs, cik daudz enerģijas siltumnīca varētu iegūt, ja tajā tiktu izmantotas šīs caurspīdīgās, selektīvās, organiskās saules baterijas.

Lai atbildētu uz šo jautājumu, pētnieki izmantoja skaitļošanas modeli. "Lielākā daļa siltumnīcās izmantotās enerģijas ir saistīta ar apkuri un dzesēšanu, tāpēc mūsu modelis bija vērsts uz enerģijas slodzes aprēķināšanu, kas nepieciešama, lai uzturētu optimālo temperatūras diapazonu tomātu audzēšanai," saka O'Konors. "Modelis arī aprēķināja enerģijas daudzumu, ko siltumnīca ražotu, ja uz tās jumta tiktu novietoti saules paneļi."

Augiem, kas mīl ēnu

Pašlaik tiek pētīti trīs galvenie agroelektrisko elementu veidi: saules paneļi telpā starp kultūraugiem, plakanie saules paneļi virs kultūrām un siltumnīcas saules sistēma. Galvenais parametrs, kas tiek ņemts vērā agroelektriskajām sistēmām, ir saules paneļu slīpuma leņķis. Citi mainīgie lielumi, kas tiek ņemti vērā, uzstādot agroelektrisko sistēmu, ir ražas veids, paneļu augstums, saules starojums apgabalā un klimats apgabalā.

Wen Liu no Hefei Zinātnes un tehnoloģijas universitātes Ķīnā 2015. gadā ierosināja jaunu ideju par agrovoltaiku, izmantojot izliektus stikla paneļus, kas pārklāti ar polimēru plēvi, lai selektīvi pārraidītu augu fotosintēzei nepieciešamos saules gaismas viļņu garumus (zilā un sarkanā gaisma). . Visi pārējie viļņu garumi tiek atspoguļoti un koncentrēti koncentrācijā saules paneļi elektroenerģijas ražošanai.

Agrovoltaikas modelēšana un pētījumi liecina, ka elektroenerģijas ražošana no kultūraugiem nesamazina lauksaimniecības produktivitāti. Protams, tas vislabāk darbojas augiem, kas ir izturīgi pret ēnu vai pat dod priekšroku mazāk saules gaismas.

Nesenā pētījumā Arizonā zinātnieki salīdzināja augus, kas audzēti zem saules paneļiem, ar augiem, kas audzēti tiešos saules staros. Viņi īpaši atzīmēja, ka kopējā čiltepin produkcija bija trīs reizes lielāka parauglaukumos zem saules paneļiem, un ķiršu tomātu raža dubultojās zem saules paneļiem. Dažiem augiem agroelektriskajās sistēmās bija nepieciešams daudz mazāk ūdens, daļēji tāpēc, ka ēnainā augsne saglabāja vairāk mitruma.

Pētniecības projekts Dienviddīrfīldā, Masačūsetsā, sniedza līdzīgas perspektīvas. Testi ir parādījuši, ka brokoļu un līdzīgu dārzeņu audzēšana rada par 60 procentiem lielāku augu svaru nekā augi pilnā saulē.

Tātad varbūt lielu saules fermu attīstības lauks ir nevis Sahāra un citi tuksneši, kā bieži tiek prognozēts, bet gan lauki, kas līdz šim zināmi tikai kā pārtika?