Проезжая по пустынной проселочной дороге, вы видите кукурузные поля, зернохранилища и стада коров на пастбищах. Типичный для сельского пейзажа. Но впереди что-то выделяется. Между рядами зелени и других культур вы видите длинные участки угольно-серых прямоугольников, наклоненных к солнцу - солнечные батареи.
«Установка» солнечных батарей посреди сельскохозяйственных полей или пастбищ для скота звучит как маловероятное место для возобновляемой энергии. Тем не менее,agrivoltaics - подход к использованию возобновляемых источников энергии, при котором сельскохозяйственные угодья используются совместно с солнечными панелями, - является мощным шагом вперед в области энергетических инноваций и может помочь уменьшить воздействие сельского хозяйства на изменение климата. Агроэлектроэнергетика может проложить путь к светлому будущему.
Что такое агровольтаика?
Агроэлектроэнергетика объединяет силу воды, энергии и сельского хозяйства - взаимовыгодные отношения между растениями, водой, почвой и солнечными панелями.
«Agri-» означает производство продуктов питания, а «-voltaic» означает «электричество». Агровольтаика часто обозначается аббревиатурой AV, чтобы вы могли сэкономить свои силы. Его также называют агросолнечным, малоэффективным солнечным или агрофотоэлектрическим (APV). Какой бы термин вы ни предпочли, все они относятся к одной и той же концепции превращения активных сельскохозяйственных угодий в солнечную ферму двойного назначения.
«По сути, мы выращиваем солнце», - говорит Бен Дритенбас, старший менеджер проектов по развитию в DSD Renewables, разработчике солнечной энергии и владельце активов в отрасли возобновляемых источников энергии.
Сельскохозяйственная энергетика не появилась, потому что некоторые технические гики подумали, что было бы забавно поставить солнечные батареи в поле с стадом овец. Сельское хозяйство и производство продуктов питания вносят огромный вклад в изменение климата. Около 85 процентов мирового водопотребления используется в сельскохозяйственных целях, главным из которых является орошение. Ожидается, что производство продуктов питания удвоится в течение следующих трех десятилетий, чтобы удовлетворить потребности населения.
Солнечная энергия как решение
Общая численность населения мира только что достигла 8 миллиардов человек и, как ожидается, достигнет 9,8 миллиарда человек к 2050 году. Проблема в том, что более одной трети всех парниковых газов связано с тем, как мы производим, обрабатываем и упаковываем продукты питания.
Ученые, исследователи и разработчики солнечной энергии искали способы уменьшить влияние человека на изменение климата, и они все чаще обращаются к солнечной энергии. За последние 10 лет солнечная промышленность пережила всплеск подросткового роста, растущий в среднем на 33% в год. Сегодня солнечной энергии достаточно для питания 18 миллионов U. С. дома.
Но это не готовое решение. Широко распространенная проблема с солнечными панелями как важным возобновляемым источником энергии заключается в том, что для солнечных батарей требуется огромное количество земли.
Солнечная энергия требует в 10 раз больше земли на единицу мощности по сравнению с электростанциями, работающими на ископаемом топливе. По оценкам National Renewable Energy Lan (NREL), к 2030 году 2 миллиона акров земли будут использоваться для солнечных установок.
Но солнечные панели могут занимать меньше земли, разделяя пространство с растениями и животными на сельскохозяйственных угодьях - это только начало преимуществ AV-систем.
Агровольтаика помогает растениям и животным
Когда растения растут, у них есть точка насыщения солнечным светом. Это как есть гамбургер до тех пор, пока не наедишься до такой степени, что это перестанет приносить удовольствие. Растения одинаковые. Они не могут экспоненциально поглощать солнечный свет.
Неограниченный солнечный свет не означает, что урожай растет быстрее или крупнее; они потеют, когда наелись. Когда вы потеете, вы испытываете жажду; растения тоже, а это значит, что им нужно больше воды.
Но когда фермеры размещают солнечные панели в правильном положении, чтобы обеспечить достаточное количество солнечного света, растения получают необходимое им солнце, не испытывая при этом чрезмерной жажды.
Исследования, проведенные на исследовательском участке в Монпелье, Франция, показали, что урожай салата, выращенный с использованием AV, был равен или даже превосходил урожай на участках, находящихся на полном солнце без системы AV, и имел 20-процентное снижение урожайности. расход воды.
В других испытаниях AV, которые включали солнечные батареи среди домашнего скота, панели обеспечивают тень, поэтому животные, такие как овцы и коровы, могут пастись весь день и при этом уходить от жаркого солнца с меньшей потребностью в воде. Команда из Корнельского университета даже выращивает полевые цветы вокруг солнечных батарей, чтобы посмотреть, поможет ли это улучшить сокращающуюся популяцию пчел.
Солнечные батареи и фермеры тоже в выигрыше
В этих симбиотических отношениях преимущества не только односторонние. Солнечные панели также напрямую выигрывают от их связи с растениями. Вот где происходит настоящая агроэлектрическая магия (наука).
В самых жарких и высасывающих жизнь местах на Земле, таких как пустыня Мохаве, солнечные панели работают плохо (но будем честными, мы не очень хорошо работаем при температуре выше 120 градусов по Фаренгейту [48,8 градусов Цельсия].
Когда солнечные панели размещают в пустыне, они удерживают тепло, которое поглощают из бесплодной земли внизу, создавая эффект теплового острова, который делает окружающую местность намного жарче.
Но сажайте овощи в землю под панелями, и растения испаряют (потом) воду из своих листьев, охлаждая окружающий воздух и, тем самым, сохраняя прохладу панелей. Панели могут работать лучше при более низких температурах, превращая больше солнечного света в электричество! Довольно круто, правда?
Исследования в Университете штата Орегон показали, что подобные солнечные панели с посаженными под ними культурами способны генерировать на 10 процентов больше электроэнергии.
Фермеры и владельцы скота также получают выгоду. К сожалению, в последние годы фермеры понесли финансовый удар. В 2020 году число банкротств фермерских хозяйств в США увеличилось на 23 процента по сравнению с предыдущим годом. Поскольку пожилые фермеры передают операции детям или другим членам семьи, некоторые из них не привержены рискованной идее долгосрочного фермерства как карьеры.
Тем не менее, AV предлагает новый путь вперед, говорит Райан Ллойд, директор по приобретению активов в DSD Renewables. «Многие фермерские семьи начинают немного волноваться, потому что мы все еще можем заниматься сельским хозяйством и иметь возобновляемый источник энергии на нашей земле», - говорит он. «Они начинают видеть лучшее из обоих миров».
Agrivoltaics также предлагает фермерам возможность получения более высоких урожаев и создает дополнительный поток доходов, позволяя им сдавать свою землю в аренду разработчикам солнечной энергии.
В настоящее время на северо-востоке США проводятся эксперименты с AV-системами на пастбищах для овец. «Это может помочь снизить затраты на кошение и некоторые затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание», - говорит Дритенбас.«Мы вписываемся в то, что пытаются делать фермеры, и стараемся сосуществовать как можно лучше».
Овцеводы могут диверсифицировать свой доход, операторам солнечных батарей не нужно беспокоиться о кошении, а овцы могут есть сколько душе угодно.
Отбрасывание тени на солнечные и другие вызовы
Людям нравится идея использования возобновляемых источников энергии, но не рядом с их домом. Спросите любого, поддерживают ли они возобновляемую энергию, и он, вероятно, ответит: «Конечно!» Спросите их, согласны ли они жить по соседству с солнечной установкой, и они ответят: «Абсолютно нет».
Поскольку солнечную энергию нельзя загрузить в грузовик и доставить в такие места, как ископаемое топливо, объекты должны находиться близко к ресурсам, т. е. близко к людям. И некоторые люди обеспокоены тем, что прямоугольные бельмо на глазу снижает стоимость недвижимости.
«Индустрия называет их NIMBY», что означает Not In My Backyard, говорит Дритенбас. Этот термин часто используется в кругах разработчиков для описания жителей, которые не в восторге от жизни рядом с большой солнечной установкой, даже если они понимают, что это во благо.
«Мы проверяем достопримечательности в ландшафтных буферах, насколько это возможно, чтобы соответствовать постановлениям графства», - объясняет Дритенбас. «Мы стараемся работать с землевладельцами и соседними землевладельцами и пытаемся прийти к компромиссу, так что это беспроигрышный вариант для всех».
Дритенбас отмечает, что солнечные батареи незаметны, в отличие от ветряных турбин, которые видны издалека и потребляют огромные участки земли. Солнечные панели имеют высоту от 8 до 12 футов (от 2,4 до 3,6 метра) и обычно окружены забором или растительным экраном. «Я думаю, что солнечная энергия неплохо слилась с окружающим ландшафтом», - говорит Дритенбас.
Исследователи все еще выясняют, какие отношения между растениями и животными получают наибольшую пользу от AV-систем. Исследование Университета Аризоны показало, что культуры, которые хорошо растут в полутени, такие как сладкий картофель, салат, люцерна, листовая капуста и мангольд, реагируют лучше всего. До сих пор теневыносливые культуры, такие как пшеница и культуры, выращенные в теплицах, плохо реагировали.
Ученые также задают вопросы о долгосрочном воздействии AV на качество земли и почвы, какие типы соглашений могут быть заключены между разработчиками солнечной энергии, городами и землевладельцами, а также о том, как скот и животные будут взаимодействовать с технологией.
«Козы лазают и жуют все подряд, чтобы съесть настоящие провода и инфраструктуру», - говорит Дритенбас. «Мы не будем рекламировать коз».
Новая причина сосуществования
Будь то салат, овцы, пчелы или местные полевые цветы, ясно, что симбиотическая природа агроэлектроэнергетики может производить больше энергии с меньшими выбросами углерода, снижать потребность в воде и увеличивать производство продуктов питания. Хотя исследования все еще находятся на ранней стадии, Дритенбас и Ллойд знают, что агроэлектрические проекты, подобные их, продвигают вперед солнечные инновации.
" Кто-то должен продвинуться вперед и посмотреть, сработает ли это", - говорит Дритенбас. «Мы счастливы быть одним из тех лидеров отрасли, которые идут на такой риск и пытаются его реализовать».
Интересно
Агроэлектроэнергетика - это лишь одно из недавних нововведений в тренде под названием «умное сельское хозяйство», целью которого является использование новейших технологий для повышения эффективности сельского хозяйства и производства продуктов питания и снижения общего воздействия на окружающую среду.