Ne ravitsevat ja antavat energiaa

Maataloudessa on suuria avoimia, aurinkoisia alueita. Miksei ruoantuotantoa yhdistettäisi energiantuotantoon (1)? Lisäksi aurinkopaneeleilla tuotettua sähköä voitaisiin käyttää paikallisesti esimerkiksi kastelupumppujen tehoon ja ylijäämä voitaisiin myydä verkkoon, mikä kasvattaisi omistajan tuloja.

On syytä tietää, että monet kasvit eivät pidä voimakkaasta suorasta auringonvalosta. Niiden yläpuolelle sijoitetut paneelit eivät häirinneet, ja jopa optimoivat sadon. Yleensä niitä voidaan säätää ja muuttaa tulevan valon tasoa erittäin tarkasti ohjelmoitujen kuvioiden mukaan. Voit myös ajatella näitä moderneina kasvihuoneina, joissa käytetään niitä tavallisten lasipaneelien sijaan. aurinkopaneelit.

Vuosi sitten Scientific Reports julkaisi Oregonin yliopiston tutkimuksen, joka osoitti, että vain yhden prosentin maailman peltoalasta kattaminen tällaisilla laitteistoilla pitäisi riittää sähkön tuottamiseen koko ihmiskunnalle.

Sen sijaan, että kilpailisit tilasta, jaa kenttä

Vuonna 1981 Adolf Goetzberger ja Armin Sastrow ehdottivat ensimmäisinä viljelymaan kaksinkertaista käyttöä tuotantoa varten. aurinkoenergia ja kasvien kasvattaminen maatalouden yleisen tuottavuuden parantamiseksi. Tämä oli heidän panoksensa tuolloin käynnissä olevaan keskusteluun peltoalan kilpailusta aurinkoenergian tuotannon ja peltokasvien välillä.

Olettaen, että on olemassa sellainen asia kuin valokyllästyspiste, ja fotonien määrän lisääminen ei johda parannukseen, japanilainen tutkija Akira Nagashima ehdotti käytännöllistä yhdistelmää aurinkosähköjärjestelmistä ja maataloudesta ylimääräisen valon hyödyntämiseksi. Hän kehitti ensimmäiset prototyypit vuonna 2004.

Vuoteen 2017 mennessä Japanin viljelysmaalle on asennettu yli tuhat aurinkosähköjärjestelmää, jotka toimivat rinnakkain perinteisen maatalouden kanssa. Saadakseen luvan käyttää aurinkopaneeleja viljelykasveilla, Japanin viljelijöiden on täytettävä paikallisen lain mukainen vähintään 80 prosentin ylläpitovaatimus. normaalia maataloustuotantoa.

Vuonna 2017 Japanissa otettiin käyttöön 35 MW:n voimalaitos, joka asennettiin 54 hehtaariin. Tämän voimalaitoksen varjostusaste on 50 prosenttia, mikä on yli 30 prosenttia. varjostus, jota käytetään yleisesti japanilaisissa maatalousvoimalaitoksissa. Viljelijät viljelevät muun muassa ginsengiä, ashitabaa ja korianteria. Ukujimaan rakennetaan pian 480 MW:n aurinkovoimala maatalousvoimaloiden kanssa.

Termi "agrovoltaics" ilmestyi yhdessä julkaisusta vuonna 2011. Aasiassa termiä "auringon jakaminen" käytetään myös joskus. Japanin esimerkin mukaisesti monet tämän mantereen maat ovat toteuttamassa vastaavia hankkeita, mukaan lukien tietysti Kiina ja Intia. Jälkimmäisessä tapauksessa agroenergia nähdään erinomaisena mahdollisuutena lisätä maaseudun köyhien tuloja. Malesiassa aurinkopaneeleja yritettiin asentaa teeviljelmille ja Vietnamissa katkarapuviljelmille.

Tämä konsepti saavutti tietysti myös Euroopan. Varhaisin ja laajin Ranskassa. Aurinkosähköisiä kasvihuoneita on rakennettu tänne vuoden 2007 alusta. Esimerkki ranskalaisesta teknologiasta on Agrinergie-projekti, jonka Akuo Energy on kehittänyt XNUMX:n jälkeen.

Vuodesta 2009 lähtien ranskalaiset yhtiöt INRA, IRSTEA ja Sun'R ovat työstäneet pelloille kehitettyä ohjelmaa nimeltä Sun'Agri. Ensimmäinen prototyyppi asennettiin 0,1 hehtaarin alueelle Montpellierissä. Yksikköstä rakennettiin lisää prototyyppejä siirrettävillä yksiakselisilla paneeleilla vuosina 2014 ja 2017. Sun'R:n ensimmäinen ulkomaataloussähkölaitos rakennettiin keväällä 2018 Tresserissä Pyreneiden ja Orientalesin alueella. Voimalaitoksen kapasiteetti on 2,2 MW 4,5 hehtaarin viinitarhoilla sijaitsevista paneeleista (2). Ja nämä eivät ole ainoita tämän tyyppisiä ranskalaisia ​​projekteja.

2. Viiniköynnösten viljely aurinkopaneeleilla

Ylimääräinen valo fotosynteesistä

Yhdysvalloissa näitä projekteja hallinnoi SolAgra (3) yhteistyössä UC Davis Department of Agronomy -osaston kanssa. Ensimmäinen voimalaitos, jonka pinta-ala on 0,4 hehtaaria, on kehitteillä. 2,8 hehtaarin pinta-ala on käytössä hoitokohteena. Useita viljelykasveja tutkitaan: sinimailas, durra, salaatti, pinaatti, punajuuret, porkkanat, retiisit, perunat, rucola, minttu, nauriit, kaali, persilja, korianteri, pavut, herneet, salottisipulit, sinappi. Agrosähköisiä kokeita tehdään myös useissa amerikkalaisissa yliopistoissa.

3. Aurinkosähkölaitteistot SolAgra-kasvien viereen

National Science Foundationin rahoittaman North Carolina State Universityn insinöörien, kasvibiologian ja fysiikan tutkijoiden johtaman tutkimuksen mukaan monet kasvihuoneet voivat muuttua energianeutraaleiksi käyttämällä läpinäkyviä aurinkopaneeleja energian tuottamiseen (4). Puhumme valon aallonpituuksien energiankäytöstä, joita kasvit eivät käytä fotosynteesiin. Tutkimuksen tulokset julkaistiin tämän vuoden helmikuussa Joule-lehdessä.

4. Agrosähköinen kasvihuone

"Kasvit käyttävät vain osaa niistä fotosynteesiin valon aallonpituuksia. Ajatuksena on luoda kasvihuoneita, jotka tuottavat energiaa tästä käyttämättömästä valosta ja päästävät sisään suurimman osan fotosynteettisestä valosta”, selittää Brendan O'Connor, yksi tutkimuksen kirjoittajista. "Voimme saavuttaa tämän orgaanisilla aurinkokennoilla, koska niiden avulla voimme hienosäätää aurinkokennon absorboiman valon spektriä. Toistaiseksi ei kuitenkaan ollut selvää, kuinka paljon energiaa kasvihuone voisi saada, jos se käyttäisi näitä läpikuultavia, selektiivisiä, orgaanisia aurinkokennoja.

Vastatakseen tähän kysymykseen tutkijat käyttivät laskennallista mallia. "Suurin osa kasvihuoneissa käytetystä energiasta liittyy lämmitykseen ja jäähdytykseen, joten mallimme keskittyi laskemaan energiakuormitusta, joka tarvitaan optimaalisen tomaattien viljelyn lämpötila-alueen ylläpitämiseen", O'Connor sanoo. "Mallissa laskettiin myös, kuinka paljon energiaa kasvihuone tuottaisi, jos sen katolle sijoitettaisiin aurinkopaneelit."

Kasveille, jotka rakastavat varjoa

Tällä hetkellä tutkitaan kolmea päätyyppiä agrosähköistä: aurinkopaneelit viljelykasvien välisessä tilassa, litteät aurinkopaneelit kasvien yläpuolella ja kasvihuoneen aurinkojärjestelmä. Pääparametri, joka otetaan huomioon agrosähköjärjestelmissä, on aurinkopaneelien kaltevuuskulma. Muita maataloussähköjärjestelmää asennettaessa huomioitavia muuttujia ovat sadon tyyppi, paneelien korkeus, alueen auringonsäteily ja alueen ilmasto.

Wen Liu Kiinan Hefein tiede- ja teknologiayliopistosta ehdotti uutta ideaa agrovoltaicsille vuonna 2015 käyttämällä kaarevia lasipaneeleja, jotka on päällystetty polymeerikalvolla, siirtämään valikoivasti kasvien fotosynteesiin tarvittavat auringonvalon aallonpituudet (sininen ja punainen valo). . Kaikki muut aallonpituudet heijastuvat ja keskittyvät keskittymään aurinkopaneelit sähköntuotantoon.

Mallintaminen ja maataloussähkötutkimus osoittavat, että sähkön tuotanto viljelykasveista ei vähennä maatalouden tuottavuutta. Tämä toimii tietysti parhaiten kasveille, jotka sietävät varjoa tai jopa haluavat vähemmän auringonvaloa.

Äskettäisessä Arizonassa tehdyssä tutkimuksessa tutkijat vertasivat aurinkopaneelien alla kasvatettuja kasveja suorassa auringonvalossa kasvatettuihin kasveihin. He huomauttivat erityisesti, että chiltepin kokonaistuotanto oli kolme kertaa suurempi aurinkopaneelien alla olevilla pelloilla, ja kirsikkatomaattisadot kaksinkertaistuivat aurinkopaneelien alla. Jotkut maataloussähköjärjestelmien kasvit vaativat paljon vähemmän vettä, osittain siksi, että varjoisa maaperä säilytti enemmän kosteutta.

Tutkimusprojekti South Deerfieldissä, Massachusettsissa, tarjosi samanlaisia ​​näkökulmia. Testit ovat osoittaneet, että parsakaalin ja vastaavien vihannesten kasvattaminen tuottaa 60 prosenttia enemmän kasvien painoa kuin kasvit täydessä auringonpaisteessa.

Ehkäpä suurten aurinkotilojen kehittämisen kenttä ei ole Sahara ja muut aavikot, kuten usein ennustetaan, vaan peltoja, jotka tunnetaan toistaiseksi vain ravintona?