Agrovoltaics - رویه قرار دادن تاسیسات خورشیدی در کنار زمین های کشاورزی - به طور مکرر در سراسر جهان به عنوان راهی برای معرفی انرژی پاک توزیع شده بدون به خطر انداختن کاربری زمین مورد استفاده قرار می گیرد.
بر اساس تحقیقات دانشگاه ایالتی اورگان، محل مشترک انرژی خورشیدی و کشاورزی می تواند 20 درصد از کل تولید برق در ایالات متحده را تامین کند. به گفته محققان، نصب در مقیاس بزرگ agrivoltaics می تواند منجر به کاهش سالانه 330 هزار تنی انتشار دی اکسید کربن با تأثیر "حداقل" بر عملکرد محصول شود.
بر اساس این مطالعه، منطقه ای به اندازه ایالت مریلند برای پوشش 20 درصد از تولید برق در ایالات متحده برای آگروولتائیک مورد نیاز است. این حدود 13,000 مایل مربع یا 1 درصد از سطح زمین کشاورزی فعلی ایالات متحده است. در مقیاس جهانی، تخمین زده می شود که 1 درصد از کل زمین های کشاورزی می توانند انرژی مورد نیاز جهان را در صورت تبدیل به فتوولتائیک خورشیدی تولید کنند.
راه های زیادی برای نصب پانل های آگروولتائیک وجود دارد. یکی از متداولترین روشها این است که تأسیسات را بالا ببریم تا فضایی برای وسایل مزرعه یا دام فراهم شود تا بتوانند آزادانه در زیر آن حرکت کنند. یکی دیگر از طراحی های مد روز این است که پانل های فتوولتائیک را به صورت عمودی قرار دهید و فضاهای باز گسترده ای بین ردیف پانل ها باقی بگذارید.
ایالات متحده
در سامرست، کالیفرنیا، پانل های خورشیدی عمودی Sunzaun با طراحی آلمانی بر روی یک تاکستان نصب شد. نصب کننده Sunstall این نصب را توسعه داد که شامل 43 ماژول 450 W متصل به یک میکرواینورتر و دو باتری است.
طراحی مینیمالیستی از سوراخهایی در قاب ماژولها برای ایجاد یک اتصال ساده به دو شمع استفاده میکرد که از نیاز به سیستم قفسهبندی سنگین اجتناب میکرد. ماژول های خورشیدی دو وجهی انرژی را در دو طرف آرایه عمودی تولید می کنند.
در سیستمهای سنتی که با جهت افقی طراحی میشوند، ریلهایی که برای نصب پانلها بر روی سیستم قفسهبندی استفاده میشوند، معمولاً برش داده میشوند تا متناسب با اندازه مورد نظر پانل باشند. اگر اندازه پانل بعد از تکمیل تمام اجزای دیگر تغییر کند، پروژه ممکن است با تأخیر مواجه شود در حالی که ریل ها برای تطبیق با اندازه پانل به روز شده طراحی مجدد می شوند. طراحی Sunzaun اجازه می دهد تا با تنظیم فاصله بین هر پشته به راحتی با تغییر اندازه پانل سازگار شود. همچنین در صورت لزوم امکان تنظیم ارتفاع پانل ها از سطح زمین نیز وجود دارد.
آلمان
دانشمندان دانشگاه علوم کاربردی لایپزیگ تأثیر بالقوه استقرار گسترده سیستم های فتوولتائیک عمودی جهت غرب به شرق را بر بازار انرژی آلمان بررسی کرده اند. آنها دریافته اند که این تاسیسات می تواند تاثیر مفیدی بر تثبیت شبکه کشور داشته باشد، در حالی که امکان ادغام بیشتر با فعالیت های کشاورزی را نسبت به نیروگاه های فتوولتائیک معمولی روی زمین فراهم می کند.
دانشمندان دریافتند که سیستم های فتوولتائیک عمودی می توانند عملکرد خورشیدی را به سمت ساعات بالاترین تقاضای برق و بیشترین عرضه برق در ماه های زمستان تغییر دهند و در نتیجه محدودیت های خورشیدی را کاهش دهند.
اگر یک ذخیرهسازی الکتریسیته 1 TW توان شارژ و دشارژ و 1 TWh ظرفیت در مدل سیستم انرژی ادغام شود، این اثر به کاهش CO2 تا 2.1 Mt/a با 70 درصد از ماژولهای عمودی جهتگیری از شرق کاهش مییابد. به سمت غرب و 30 درصد به سمت جنوب متمایل شده اند. در نهایت، اگرچه ممکن است برای برخی دستیابی به نرخ 70 درصد نیروگاه های عمودی غیر واقعی به نظر برسد، حتی نرخ پایین تر نیز تأثیر مفیدی دارد.
ژاپن
در ژاپن، Luxor Solar KK، یکی از شرکتهای تابعه آلمانی سازنده ماژول Luxor Solar، یک سیستم فتوولتائیک عمودی 8.3 کیلوواتی در پارکینگ یک کارخانه فرآوری برنج متعلق به Eco Rice Niigata ساخت.
Uwe Liebscher، مدیر عامل Luxor Solar KK، به مجله PV توضیح داد: "خودروها بین سیستم های عمودی پارک خواهند شد." "هدف این سیستم نشان دادن دوام در طول زمستان و عملکرد انرژی اضافی ناشی از انعکاس برف است." از طرف دیگر، نیگاتا به عنوان منطقه ای با برف بالا شناخته می شود که در زمستان تا 2 یا 3 متر برف می بارد.
سیستم رو به جنوب دارای ماژول های خورشیدی ناهمگونی خود Luxor Solar و همچنین سیستم های نصب از متخصص فتوولتائیک عمودی آلمانی Next2Sun و اینورترهای شرکت Omron ژاپن است. مونتاژ عمودی برق یک کارخانه فرآوری برنج واقع در کنار سیستم را تامین می کند. شهر ناگائوکا این پروژه را با 2 میلیون ین (14,390 دلار) تامین مالی کرد.
او توضیح می دهد: «یک نصب عمودی تنها از حداقل فضای زمین کشاورزی استفاده می کند، در حالی که بیش از 85 درصد نوری را که به محصولات می رسد حفظ می کند، که تعادل بهینه بین انرژی خورشیدی و کشاورزی را تضمین می کند، چیزی که در ژاپن بسیار مهم است. این به ما امکان میدهد تا سیستمهای agrivoltaic را در زمینهای کشاورزی عمومی مانند گندم، سیبزمینی یا برنج در مقیاس بزرگ بسازیم.»
فرانسه
در فرانسه، TotalEnergies و InVivo، متخصص در آگروولتائیک، یک نمایشگر عمودی 111 کیلووات agrivoltaics راه اندازی کرده اند. TotalEnergies گفت که نصب آزمایشی تاثیر پنل های خورشیدی بر عملکرد کشاورزی و همچنین تنوع زیستی، ذخیره کربن و کیفیت آب سایت را بررسی خواهد کرد.
تیری مولر، مدیر عامل شرکت TotalEnergies Renouvelables فرانسه گفت: «ما متقاعد شدهایم که هم افزایی بین تولید برق سبز، بیوگاز و کشاورزی یکی از پاسخهایی است که استقلال انرژی و غذایی ما را تضمین میکند.
سوئد
دانشمندان دانشگاه Mälardalen (سوئد) یک مدل دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) ایجاد کردهاند که تجزیه و تحلیل ریزاقلیمها را در پروژههای فتوولتائیک عمودی تسهیل میکند. شبیهسازیهای CFD برای حل معادلات پیچیده در مورد جریان جامدات و گازها از طریق و اطراف اجسام استفاده میشوند که میتوانند برای تجزیه و تحلیل ریزاقلیمها در سیستمهای agrivoltaic استفاده شوند.
سباستین زینالی، محقق، میگوید: «مدلهای سیستم Agrivoltaic (AV) اغلب برای طراحی سیستمهای AV جدید و همچنین برای تصمیمگیری استفاده میشوند، زیرا تغییرات ریزاقلیمی را میتوان بر اساس مکان و راهحل سیستم AV تحلیل/پیشبینی کرد. به مجله pv.w گفت
این مطالعه کاهش 38 درصدی در شدت تابش خورشیدی را در مناطق زمینی تحت سایه ماژولهای فتوولتائیک عمودی مشاهده کرد.
اصول اساسی
آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر ایالات متحده پنج اصل را برای موفقیت آگروولتائیک ارائه کرده است، از جمله:
شرایط آب و هوایی، خاک و محیطی: شرایط محیطی یک مکان باید هم برای تولید خورشید و هم برای محصولات زراعی یا پوشش گیاهی مورد نظر مناسب باشد.
پیکربندی، فناوریها و طرحهای خورشیدی: انتخاب فناوری خورشیدی، چیدمان سایت و سایر زیرساختها میتواند بر همه چیز تأثیر بگذارد، از میزان نوری که به پانلهای خورشیدی میرسد تا اینکه آیا یک تراکتور در صورت لزوم میتواند از زیر پانلها عبور کند یا خیر. این زیرساخت برای 25 سال آینده روی زمین خواهد بود، بنابراین باید برای استفاده مورد نظر درست انجام شود. جیمز مک کال، محقق NREL که روی InSPIRE کار می کند، می گوید: موفقیت پروژه به آن بستگی دارد.
انتخاب محصول و روشهای رشد، طرحهای بذر و پوشش گیاهی و رویکردهای مدیریتی: پروژههای Agrivoltaic باید محصولات یا پوششهای زمینی را انتخاب کنند که در آب و هوای محلی خود در زیر پانلها رشد میکنند و در بازارهای محلی سودآور هستند.
سازگاری و انعطاف پذیری: آگروولتائیک ها باید به گونه ای طراحی شوند که با نیازهای متضاد صاحبان تاسیسات خورشیدی، اپراتورهای خورشیدی و کشاورزان یا زمینداران سازگار باشد تا فعالیت های کشاورزی کارآمد را ممکن سازد.
همکاری و مشارکت: برای موفقیت هر پروژه، ارتباط و تفاهم بین گروه ها بسیار مهم است.