Τα ηλιακά πάρκα επόμενης γενιάς που επιτρέπουν την παραγωγή ενέργειας και τροφίμων καθώς και τη διατήρηση του νερού να λειτουργούν σε συνέργεια στο ίδιο οικόπεδο μπορούν να βοηθήσουν στην επίλυση του αυξανόμενου ζητήματος χρήσης γης της ηλιακής ενέργειας, σύμφωνα με τους ερευνητές που τα κάνουν πραγματικότητα.
«Υπάρχει αυτή η μεγάλη συζήτηση γύρω από τη χρήση της γης για ηλιακή ενέργεια έναντι της χρήσης της για τη γεωργία», είπε Κρατικό Πανεπιστήμιο του Κολοράντο ερευνητής Τζένιφερ Μπουσέλοτ. „Και απλά γουρλώνω τα μάτια μου γιατί δεν χρειάζεται να διαλέξετε. Μπορούν να συνδυαστούν.“
«Αυτό θα είναι απολύτως ζωτικής σημασίας για το μέλλον της ενεργειακής βιομηχανίας», πρόσθεσε Ρίτσαρντ Ράντλ-Μπόγκις από το Πανεπιστήμιο του Σέφιλντ. «Ειδικά κάπου όπως το Ηνωμένο Βασίλειο, όπου η βιώσιμη χρήση γης είναι μια κρίσιμη πρόκληση».
Τα φυτά και τα πάνελ μπορούν να υπάρχουν στη „συμβίωση“
Τα αγροβολταϊκά ηλιακά πάρκα βλέπουν φωτοβολταϊκά (PV) πάνελ σε μεγαλύτερη απόσταση μεταξύ τους για να επιτρέπουν περισσότερο ηλιακό φως να φτάσει στο έδαφος και να ανυψώνονται ψηλότερα στον αέρα, έτσι ώστε οι καλλιέργειες – ή ακόμα και μικρά ζώα όπως αρνιά – μπορεί να εκτραφεί από κάτω.
Όταν διευθετηθεί με τον σωστό τρόπο, οι μελέτες έχουν βρει ότι αυτή η προσέγγιση μπορεί να προσφέρει στην πραγματικότητα πλεονεκτήματα όπως η προστασία των φυτών από την υπερβολική ζέστη, το κρύο και τις βλάβες από την υπεριώδη ακτινοβολία, αυξάνοντας έτσι την απόδοση ορισμένων καλλιεργειών.
„Μια μελέτη βρήκε ορισμένες πιπεριές θα έχουν τριπλάσια παραγωγή», είπε ο Bousselot. «Αυτός είναι ένας συγκλονιστικός αριθμός».
Καθώς οι παγκόσμιες θερμοκρασίες αυξάνονται, τα πάνελ μπορούν επίσης να βοηθήσουν στη διατήρηση της μείωσης των αποθεμάτων γλυκού νερού μειώνοντας την εξάτμιση τόσο από τα φυτά όσο και από το έδαφος.
Η εξάτμιση που συμβαίνει κάτω από τα πάνελ έχει το πρόσθετο πλεονέκτημα της ψύξης των Φ/Β και ενισχύοντας την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειαςσύμφωνα με τον Randle-Boggis, επιστημονικό συνεργάτη στο Πανεπιστήμιο του Σέφιλντ.
«Είναι μια συμβίωση γιατί και οι δύο ωφελούν ο ένας τον άλλον», είπε στο Dezeen.
Ως αποτέλεσμα, τα αγροβολταϊκά δεν χρησιμοποιούν απλώς τη γη πιο βιώσιμα, αλλά συμβάλλουν επίσης στην ενίσχυση των προμηθειών των πιο απαραίτητων πόρων που απαιτούνται για την ανθρώπινη ανάπτυξη – τροφή, νερό και ενέργεια.
«Οι τρεις πόροι που θα χρειαστούμε μπορούν όλοι να αντιμετωπιστούν πιο αποτελεσματικά σε ένα αγροβολταϊκό σύστημα», εξήγησε ο Bousselot.
«Όταν σκέφτεστε τον πληθυσμό μας στο μέλλον, έχοντας 9 δισεκατομμύρια άνθρωποι μέχρι τα μέσα του αιώναπρέπει να αρχίσουμε να το εξετάζουμε για να χτίσουμε ανθεκτικότητα».
Τα Agrivoltaics καταγράφουν τριχιλιοπλάσια αύξηση της χωρητικότητας
Καθώς ο κόσμος στοχεύει να φτάσει τις καθαρές μηδενικές εκπομπές έως το 2050, σύμφωνα με τη Συμφωνία του Παρισιού – και η Ευρώπη προσπαθεί να μειώσει την εξάρτησή της από τους ρωσικούς υδρογονάνθρακες μετά την εισβολή στην Ουκρανία – οι χώρες αγωνίζονται να αυξήσουν την ηλιακή τους ικανότητα.
Το Ηνωμένο Βασίλειο πυροβολεί για α πενταπλάσια αύξηση έως το 2035 ενώ η ΕΕ στοχεύει να διπλασιάσει τη χωρητικότητά του τα επόμενα τρία χρόνια.
Εν τω μεταξύ, οι ΗΠΑ θα χρειαστεί να κατασκευάσουν αρκετά ηλιακά πάρκα για να καλύψουν ολόκληρη την πολιτεία της Δυτικής Βιρτζίνια, εάν ελπίζουν να επιτύχουν καθαρό μηδέν.
Αλλά τα ηλιακά έργα γίνονται όλο και περισσότερο αρνήθηκε την πολεοδομική άδεια και αντιμετώπισε την απώθηση από αγροτικές κοινότητες και αγρότες, που ανησυχούν ότι οι συστοιχίες φωτοβολταϊκών θα „ερυσίβη«το τοπικό τοπίο και να βγάλουν από την παραγωγή εύφορες γεωργικές εκτάσεις.
«Υπάρχουν πολλές αντιδράσεις που αντιμετωπίζει η ηλιακή βιομηχανία, ειδικά αυτή τη στιγμή», εξήγησε ο Randle-Boggis. «Παίρνει πολύ φλάκα».
Για την καταπολέμηση αυτών των συγκρούσεων χρήσης γης, ένας αυξανόμενος όγκος ερευνών δείχνει πώς ο αχρησιμοποίητος χώρος κάτω από τα ηλιακά πάνελ μπορεί να επαναπροσδιοριστεί για να ωφελήσει τον άνθρωπο και τη φύση.
Σε ένα πιο βασικό επίπεδο, αυτό μπορεί να περιλαμβάνει τη φύτευση ανθισμένων λιβαδιών δίπλα σε συστοιχίες φωτοβολταϊκών για τη δημιουργία οικοτόπων για επικονιαστές, οι οποίοι μπορούν να βελτιώσουν τη βιοποικιλότητα και ενδεχομένως ακόμη και αύξηση της φυτικής παραγωγής στις γύρω γεωργικές εκτάσεις.
Πιο προηγμένα αγροβολταϊκά συστήματα, τα οποία συνεντοπίζουν ηλιακούς συλλέκτες με καλλιέργειες τροφίμων, αναπτύσσονται σε όλη την ηπειρωτική Ευρώπη καθώς και σε τμήματα της Ανατολικής Ασίας και των ΗΠΑ τα τελευταία 15 χρόνια και τώρα αρχίζουν να γίνονται πιο κοινά.
Που κυμαίνονται από ερευνητικά έργα έως εμπορικές δραστηριότητες, αυτά τα συστήματα έφτασαν πρόσφατα την ίδια ηλιακή χωρητικότητα με ολόκληρο το Ηνωμένο Βασίλειο, εκτοξεύοντας στα ύψη από πέντε έως 14.000 μεγαβάτ μεταξύ 2012 και 2021.
«Τα τελευταία τρία ή τέσσερα χρόνια, έχει πραγματικά απογειωθεί», είπε ο Randle-Boggis.
Αγροβολταϊκά οικόπεδα πιο παραγωγικά παρά τις χαμηλότερες αποδόσεις
Το πόση τροφή και ενέργεια μπορεί να παραχθεί από ένα έργο αγροβολταϊκών εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη θέση του συστήματος, τις καλλιέργειες που καλλιεργούνται και τη θέση των πάνελ.
Οι αγρότες σε πιο σκοτεινές, πιο κρύες χώρες όπως η Γερμανία ή η Δανία πρέπει να χρησιμοποιούν μικρότερη πυκνότητα πάνελ και να τα απομακρύνουν περισσότερο, ώστε να μην κλέβουν τις καλλιέργειες από το περιορισμένο διαθέσιμο ηλιακό φως.
Εδώ, οι αποδόσεις ενέργειας και καλλιεργειών είναι γενικά ελαφρώς χαμηλότερες παρά σε ένα κομμάτι γης που χρησιμοποιείται αποκλειστικά για γεωργία ή ηλιακή ενέργεια.
Αλλά συνολικά, η παραγωγικότητα ενός αγροβολταϊκού οικοπέδου είναι ακόμα υψηλότερη, λέει ο Randle-Boggis, καθώς παράγει δύο διαφορετικές εκροές ταυτόχρονα.
«Κάποια μείωση της απόδοσης είναι ακόμα καλύτερη από το να μην καλλιεργηθεί τίποτα», υποστήριξε. «Πρόκειται για την εύρεση αυτής της βέλτιστης οικονομικά ισορροπίας».
Οι ερευνητές πειραματίζονται επίσης με νέες τεχνολογίες όπως ημιδιαφανείς ηλιακούς συλλέκτες, κατακόρυφα φωτοβολταϊκά „φράχτες“ ή φώτα ανάπτυξης που τοποθετούνται στην κάτω πλευρά των παραδοσιακών πάνελ για να βελτιώσουν την απόδοση των αγροβολταϊκών συστημάτων σε περιβάλλοντα με έλλειψη φωτός.
Το σύστημα είναι ζωτικής σημασίας για τις περιοχές που πλήττονται από την ξηρασία
Μέχρι στιγμής, μερικά από τα καλύτερα αποτελέσματα από τα αγροβολταϊκά συστήματα έχουν επιτευχθεί σε σκληρές, θερμές συνθήκες καλλιέργειας, όπως στην Αριζόνα, όπου μια μελέτη διαπίστωσε ότι η παραγωγή ντοματίνων διπλασιάστηκε και πιπεριές τριπλασιάστηκε κάτω από τα ηλιακά πάνελ.
„Σε αυτές τις ρυθμίσεις, έχει τόσο ζέστη και αρχίζουμε επίσης να αντιμετωπίζουμε ξηρασίες“, εξήγησε ο Thomas Hickey της εταιρείας ενέργειας Sandbox Solar. «Έτσι, αν μπορείτε να βάλετε λίγη περισσότερη σκιά σε αυτές τις καλλιέργειες, τότε θα τους ωφελήσει».
Ο Randle-Boggis βρήκε παρόμοια αποτελέσματα στο α δοκιμαστικό οικόπεδο στην Κένυαόπου τα πάνελ τοποθετήθηκαν σε υψηλότερη πυκνότητα για να προστατεύσουν τις καλλιέργειες από τις βλάβες από τον ήλιο και την υπεριώδη ακτινοβολία, επιτρέποντας μεγαλύτερη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ενώ μειώνεται η ποσότητα νερού που απαιτείται για άρδευση κατά 47 τοις εκατό και καλλιέργεια λάχανων που ήταν 24 τοις εκατό μεγαλύτερα.
Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό σε χώρες όπως η Κένυα, όπου άνευ προηγουμένου ξηρασίες που προκαλείται από την υπερθέρμανση του πλανήτη επηρεάζουν ήδη την ασφάλεια των τροφίμων και του νερού και όπου η αγορά ηλεκτρικής ενέργειας από το εθνικό δίκτυο είναι εξαιρετικά ακριβή, σύμφωνα με τον Randle-Boggis.
«Μειώσαμε την εξάρτησή τους από το εθνικό δίκτυο, έτσι γίνονται πιο αυτάρκεις», εξήγησε.
„Και υπάρχει επίσης η δυνατότητα για ανθεκτικότητα στην κλιματική αλλαγή, επειδή ουσιαστικά δημιουργείτε ένα πιο ευνοϊκό περιβάλλον ανάπτυξης και περιορίζετε ορισμένες από αυτές τις ακραίες συνθήκες.“
Τα αγροβολταϊκά ταράτσας εξασφαλίζουν πόρους στις πόλεις
Ένα άλλο σκληρό περιβάλλον ανάπτυξης στο οποίο τα αγροβολταϊκά μπορούν να διαπρέψουν είναι τα αγροκτήματα στον τελευταίο όροφο, όπου το περιορισμένο νερό και οι υψηλότερες θερμοκρασίες μπορούν να εμποδίσουν τόσο τη λειτουργία των πάνελ όσο και την ανάπτυξη των καλλιεργειών.
«Όταν οι θερμοκρασίες ξεπερνούν τους 25 βαθμούς Κελσίου, τα ηλιακά πάνελ αρχίζουν να χάνουν την αποτελεσματικότητά τους», δήλωσε ο Bousselot. «Και κατά 40 βαθμούς, είναι λίγο πολύ μακριά».
„Οι στέγες φτάνουν σε αυτή τη θερμοκρασία πολύ γρήγορα το καλοκαίρι. Έτσι τα φυτά ωφελούν πραγματικά τα πάνελ επειδή είναι ψύκτες εξάτμισης.“
Σε ένα κλίμα όπως το Κολοράντο, όπου ο Bousselot εκτελεί μερικά από τα πρώτα δοκιμαστικά οικόπεδα αφιερωμένα στα αγροβολταϊκά στον τελευταίο όροφο, τα πάνελ έχουν επίσης αποδειχθεί ότι επεκτείνουν την καλλιεργητική περίοδο ορισμένων καλλιεργειών διατηρώντας τα πιο ζεστά τη νύχτα.
«Είναι σαν να έχεις ένα μίνι θερμοκήπιο χωρίς πλευρές», εξήγησε.
Τελικά, ο Bousselot υποστηρίζει ότι τα αγροβολταϊκά ταράτσας θα μπορούσαν να βοηθήσουν στη συγκέντρωση βασικών πόρων εκεί που χρειάζονται περισσότερο, καθώς περισσότερα από τα δύο τρίτα του παγκόσμιου πληθυσμού αναμένεται να ζουν σε πόλεις μέχρι το 2050.
«Είναι μια πολύ προσεγμένη ιδέα γιατί απλώς αξιοποιείς τη μέγιστη παραγωγική χρήση από μια περιοχή που είναι ήδη πολύ ανεπτυγμένη», συμφώνησε ο Randle-Boggis.
Η αβεβαιότητα αποτελεί εμπόδιο στην υιοθεσία
Τα αγροβολταϊκά είναι επί του παρόντος στα σπάργανα, με τους ερευνητές να βρίσκονται ακόμη σε πρώιμα στάδια χαρτογράφησης ποιες διαμορφώσεις και καλλιέργειες θα πρέπει να χρησιμοποιούνται σε διαφορετικά κλίματα για τη δημιουργία βέλτιστων αποδόσεων.
«Με όλες τις άγνωστες μεταβλητές, η υιοθεσία είναι δύσκολη», είπε ο Hickey. «Πηγαίνει πολύ αργά».
«Υπάρχει τόση μεταβλητότητα στα αποτελέσματα που παίρνουμε, μόνο και μόνο επειδή υπάρχουν τόσοι πολλοί παράγοντες και είναι ένας τόσο νέος τομέας έρευνας», πρόσθεσε ο Randle-Boggis.
„Δεν θα λειτουργήσει για κάθε πλαίσιο. Επομένως, η κύρια εστίαση για την ηλιακή ενέργεια θα εξακολουθεί να είναι το τυπικό σας ηλιακό πάρκο στο έδαφος.“
Σε μια προσπάθεια να μετατρέψει τους αγρότες και τους προγραμματιστές στον σκοπό, η εταιρεία του Hickey Sandbox Solar αναπτύσσει επί του παρόντος ένα λογισμικό αγροβολταϊκού σχεδιασμού και μοντελοποίησης που ονομάζεται Φτυάρι σε συνεργασία με το Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (NREL).
Θα επιτρέψει στους χρήστες να αποκτήσουν μια γενική ιδέα για το ποιες καλλιέργειες και διαμορφώσεις θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν στο τοπικό τους κλίμα, καθώς και το σχετικό κόστος και τα κέρδη με βάση την υπάρχουσα έρευνα.
«Έτσι, μπορείτε να καταλάβετε τι κόστος εισροών και τι εκροές θα έχετε –τόσο από την ηλιακή όσο και ενδεχομένως από τις καλλιέργειες– και πόσο καιρό θα είναι η απόδοση της επένδυσης αυτής της υποδομής», είπε ο Hickey.
Συστήματα τοποθέτησης πιο ακριβά, εντάσεως άνθρακα και ενοχλητικά
Υπάρχουν άλλες πρακτικές προκλήσεις για την εισαγωγή των αγροβολταϊκών στο mainstream.
Γενικά, τα ηλιακά συστήματα διπλής χρήσης κοστίζουν περισσότερα χρήματα για την εγκατάσταση, λόγω των μεγαλύτερων και πιο περίπλοκων συστημάτων τοποθέτησης που απαιτούνται για τη συγκράτηση των πάνελ.
Η εγκατάσταση αγροβολταϊκών στον τελευταίο όροφο, για παράδειγμα, μπορεί να κοστίσει τρεις φορές περισσότερο από την εγκατάσταση μιας παραδοσιακής επίπεδης στέγης, σύμφωνα με τον Bousselot.
«Είναι υψηλό αρχικό κόστος κεφαλαίου», εξήγησε. «Αλλά η μακροπρόθεσμη απόδοση της επένδυσης είναι καταπληκτική γιατί καταλήγεις να τα προστατεύεις [water, energy and food] συστήματα».
Δεδομένου ότι τα αγροβολταϊκά ανυψώνονται ψηλότερα από το έδαφος από τα συμβατικά ηλιακά πάνελ, ο Randle-Boggis λέει ότι χρειάζονται επίσης βαθύτερα θεμέλια από χάλυβα και επομένως διαθέτουν υψηλότερο αποτύπωμα άνθρακα.
«Μπορεί επίσης να είναι πιο οπτικά ανεπιθύμητοι», πρόσθεσε. «Το πώς αυτό ισορροπεί με το γεγονός ότι διατηρείτε τη γεωργική γη είναι κάτι που θα πρέπει να μάθουμε».
Ηλιακή Επανάσταση
Αυτό το άρθρο είναι μέρος της σειράς Solar Revolution της Dezeen, η οποία διερευνά τις ποικίλες και συναρπαστικές πιθανές χρήσεις της ηλιακής ενέργειας και πώς οι άνθρωποι μπορούν να εκμεταλλευτούν πλήρως την απίστευτη δύναμη του ήλιου.
