Фотоэлектрические солнечные панели, кажется, появляются повсюду: на домах, в сельской местности. Все это часть стремления страны сократить выбросы парниковых газов и увеличить производство чистой энергии. Например, в планах Министерства энергетики США – к 2035 году получать 40% электроэнергии за счет солнечной энергии.
Так как же все эти фотоэлектрические панели разместятся и как они повлияют на сельскую местность? Агровольтаика – это один из инструментов, который пытается найти баланс между поддержкой наших энергетических систем и сельскохозяйственным производством.
Что такое агровольтаические системы?
Агровольтаика – это использование одного участка земли для двух целей. Производители энергии устанавливают солнечные фотоэлектрические системы на сельскохозяйственных землях, которые фермеры или сообщества затем также используют для производства продуктов питания, выпаса скота или выращивания дикорастущих растений.
Эти установки известны как агрофотовольтаика, агровольтаика, агросолярные системы или двойное использование солнечной энергии.
Идея заключается в том, что солнечные фотоэлектрические панели помогают местным экосистемам и способствуют устойчивому развитию, обеспечивая тень в течение дня. В свою очередь, сельскохозяйственные культуры или скот могут поддерживать более эффективную работу солнечных панелей и экономить на затратах на обслуживание. Агровольтаические системы также повышают полезность земли.
Например, гектар земли может использоваться для производства пшеницы, или на нем могут быть установлены солнечные панели для генерации возобновляемой энергии. Эффективность производства этого гектара может увеличиться на 60% благодаря агровольтаике. Как?
Выращивание пшеницы между солнечными батареями может привести к тому, что этот гектар будет производить 80% от максимального урожая пшеницы плюс 80% от общего возможного количества возобновляемой энергии. Сложите эти показатели, и поле будет работать на 160% своей мощности по сравнению с тем, если бы оно было посвящено только пшенице или только солнечной энергии.
Как работает агровольтаика?
Существует несколько способов, с помощью которых солнечные проекты могут использовать эту синергию:
- Солнечные фотоэлектрические панели и выпас скота: Овцы, крупный рогатый скот или даже кролики пасутся вокруг солнечных панелей, очищая массивы от мусора и устраняя необходимость в скашивании травы. Это помогает фермерам сократить использование воды, при этом животные используют тень, чтобы оставаться в прохладе в жаркую погоду, что означает, что они пьют меньше. Некоторые фермеры используют солнечные панели в качестве заборов.
- Тепличная агровольтаика: Полупрозрачные солнечные модули обеспечивают частичную тень, защищая растения от суровых погодных условий, таких как интенсивный солнечный свет, град и дождь. Эти “солнечные сады” создают микроклимат, который уменьшает испарение и использование воды, а также увеличивает урожайность. Некоторые называют это садоводством или садовым хозяйством.
- Среда обитания опылителей: Солнечные панели, поднятые на определенную высоту, могут поддерживать биоразнообразие, позволяя растениям-опылителям расти под ними.
Фермеры могут устанавливать солнечные панели на желаемой высоте, достаточно высоко, чтобы под ними могли проезжать тракторы, или достаточно низко, чтобы обеспечить укрытие для овец. Солнечные батареи поворачиваются и наклоняются, следуя за солнечными лучами, чтобы максимизировать выработку электроэнергии. Это двойное использование земли генерирует возобновляемую энергию, одновременно повышая производство сельскохозяйственных культур, что является выигрышным решением для всех участников.
Изменение климата затрагивает каждого жителя планеты. Экстремальные погодные явления могут уничтожить урожай, смыть плодородный слой почвы и погубить скот, что серьезно нарушает цепочку производства продуктов питания.
Страны движутся к нулевым выбросам к 2050 году, снижая зависимость от ископаемого топлива, такого как уголь, природный газ и нефть. Солнечная энергия будет играть большую роль в этой головоломке. Однако огромная потребность в земле для крупномасштабных солнечных ферм окажет влияние на производство продуктов питания в Америке.
По этой причине требуется подход двойного использования, который принесет пользу обеим сторонам: фермерам и сообществам, где существуют солнечные фермы, и производителям энергии, устанавливающим их. Это помогает снизить конкуренцию за землю между производителями продуктов питания и спросом на чистую энергию.
Каковы преимущества агровольтаики?
У агровольтаики есть несколько преимуществ. К ним относятся:
- Экономия воды за счет снижения испарения
- Сохранение влаги в почве
- Повышение продуктивности и урожайности сельскохозяйственных культур
- Генерация возобновляемой энергии
- Снижение зависимости от ископаемого топлива
- Сокращение выбросов парниковых газов
- Развитие новых источников дохода
- Сохранение сельскохозяйственных земель
- Защита биоразнообразия
Растения естественным образом достигают точки насыщения светом, когда больше солнца не может увеличить их фотосинтез. Солнечные панели защищают сельскохозяйственные культуры, действуя как щит, защищая их от интенсивного солнца, которое им может не требоваться, а также от штормовых ветров и проливных дождей.
Целых 85% всего потребления воды человеком приходится на сельское хозяйство. Нехватка воды будет только усиливаться по мере роста мирового населения с сегодняшних 7,6 миллиардов человек до прогнозируемых 9,8 миллиардов в 2050 году.
Исследование 2019 года, проведенное Грегом Баррон-Гаффордом из Университета Аризоны, показало, что томаты и халапеньо более эффективно использовали воду, когда выращивались под солнечными панелями. Солнечные модули также уменьшают испарение, помогая сэкономить еще один ценный ресурс – воду, что особенно важно в засушливых и полузасушливых регионах. Пилотный проект агровольтаики в Кении показал снижение потребности в орошении на 47% и производство капусты на 24% больше.
Солнечные панели могут терять 10% своей эффективности в жаркие дни. К счастью, растения под панелями создают охлаждающий микроклимат, который, как показали исследования, повышает эффективность солнечных фотоэлектрических систем до 10%.
Агровольтаика также связана с устойчивым развитием, смягчением последствий изменения климата путем сокращения выбросов и продвижением устойчивых методов ведения сельского хозяйства. Биоразнообразие может быть поощрено под солнечными панелями, что еще больше снижает влияние установки солнечных панелей на сельские земли.
И наконец, есть выгоды для фермеров, которые могут продавать произведенное ими электричество обратно в сеть или снижать свои собственные счета за электроэнергию. Они также могут зарабатывать деньги, сдавая свою землю в аренду под солнечную ферму, продолжая использовать ее для сельскохозяйственных целей.
Предприятия, стоящие за установкой солнечных батарей, могут снизить свои эксплуатационные расходы благодаря пасущемуся скоту, который устраняет необходимость в обслуживании, таком как регулярное скашивание травы.
Какие проблемы связаны с агровольтаикой?
Агровольтаика – это зарождающаяся отрасль, и многие исследования направлены на выявление лучших практик. К недостаткам агровольтаики относятся следующие:
- Высокие первоначальные капитальные затраты означают, что агровольтаические системы дороже в установке, чем традиционные солнечные разработки.
- Некоторые агровольтаические солнечные массивы требуют более глубоких фундаментов, что увеличивает углеродный след проекта из-за дополнительных строительных процессов.
- Различные правила и нормы, касающиеся солнечных разработок, что создает препятствия для некоторых разработчиков солнечных систем и фермеров. Это может включать оценку воздействия на окружающую среду.
- Выращивание сельскохозяйственных культур требует обслуживания и связанных с этим затрат. Фермерам также потребуется научиться ухаживать за солнечными массивами и понимать, как максимизировать урожайность.
- Сотрудничество между многими заинтересованными сторонами, от фермеров до сообществ и энергетических компаний, может быть длительным и затяжным процессом.
Какие культуры лучше всего подходят для агровольтаики?
Существует множество культур, подходящих для выращивания рядом с солнечными установками. К ним относятся свекла, картофель, редис, помидоры, перец и морковь. Листовые зеленые культуры, такие как шпинат и салат, хорошо себя чувствуют, а ягоды, такие как клубника, черника, брусника и малина, также считаются подходящими для агровольтаики. С другой стороны, более высокие культуры, такие как подсолнечник, кукуруза и яблони, не показали лучших результатов при агровольтаике.
Кто лидирует в мире в области агровольтаики?
Китай лидирует с более чем 1,9 ГВт из 2,9 ГВт агровольтаики в мире по состоянию на 2020 год. Здесь же находится и самая крупная агровольтаическая система в мире. Расположенная в пустыне Нинся, она занимает площадь 215 миллионов квадратных футов (20 миллионов квадратных метров), что составляет чуть меньше 5000 акров.
Европейский Союз продвигает агровольтаику среди своих стран-членов. Франция является главным игроком в Европе, с 2,4 ГВт агровольтаики в разработке. В Италии строится объект мощностью 70 мегаватт (МВт) в Латине и планируется агровольтаический солнечный проект мощностью 48 МВт в Лацио. Германия, Нидерланды, Австрия и многие другие страны также привержены развитию этой технологии.
Могу ли я установить агровольтаику дома?
Большинство людей устанавливают солнечные панели на крышах, а не на земле. Однако, теоретически, любой, у кого есть наземная система, мог бы разработать миниатюрную агровольтаическую схему.
Предполагая, что это небольшая система, хорошим началом будет не косить траву на участке и позволить развиться разнообразной экосистеме для опылителей. Небольшие травяные сады или салатные растения могут хорошо расти в и вокруг солнечных панелей; потребуются эксперименты, чтобы увидеть, какие растения процветают.
Другие идеи включают общественные солнечные сады. Солнечные панели, генерирующие электричество для района, могут быть расположены так, чтобы оставить место для создания общественного огорода. Участники могут выращивать фрукты и овощи для себя или местных благотворительных организаций и привлекать людей к изучению пищевого цикла.
Перспективы совмещения сельхозугодий и солнечных электростанций
На первый взгляд, агровольтаика выглядит как хорошее землепользование. Она объединяет получение прибыли и чистую энергию, предоставляя солнечные панели, которые повышают урожайность, экономят воду и защищают хрупкие экосистемы.
Агровольтаика дает фермерам и производителям энергии потенциально ценный инструмент для борьбы с изменением климата при одновременном увеличении производства продуктов питания для постоянно растущего населения. Сельские сообщества и экономики могут извлечь выгоду из методов, которые уменьшают конкуренцию за землю и воду, которые становятся все более дефицитными.
Этот подход, выигрышный для обеих сторон, требует планирования и сотрудничества между несколькими сторонами для его реализации. Не каждая культура подходит для жизни рядом с солнечной панелью, и не каждый фермер хочет превратить свою землю в генератор электричества.
Конечно, исследования эффективности этой отрасли продолжаются. Как и в большинстве бизнесов, итоговый результат будет так же важен, как и сам процесс. Но если урожайность может увеличиться, скот будет наслаждаться более комфортными условиями жизни в поле, и природные ресурсы будут лучше сохраняться, усилия будут вознаграждены.
Успех также зависит от способности многих сторон объединиться, чтобы агровольтаика работала. Фермеры, правительство, бизнес и сообщества должны увидеть ощутимые преимущества этого смешанного землепользования.
Агровольтаика символизирует всю борьбу с изменением климата. Должна быть адаптация и добрая воля со стороны многих элементов, чтобы это работало, потому что на кону стоят возможности выигрыша в отношении фундаментальных основ жизни: воды, еды и энергии.
