Agrovoltaics - הפרקטיקה של הצבת מתקנים סולאריים ליד קרקע חקלאית - מאומצת בתדירות גבוהה יותר ברחבי העולם כדרך להחדרת אנרגיה נקייה מבוזרת מבלי לפגוע בשימוש בקרקע.
על פי מחקר מאוניברסיטת אורגון סטייט, מיקום משותף של אנרגיה סולארית וחקלאית יכול לספק 20 אחוזים מכלל ייצור החשמל בארצות הברית. לטענת החוקרים, התקנה בקנה מידה גדול של אגריוולטאיקה עשויה להוביל להפחתה שנתית של 330 אלף טונות של פליטת פחמן דו חמצני עם השפעה "מינימלית" על תפוקת היבול.
על פי המחקר, יהיה צורך בשטח בגודל של מדינת מרילנד כדי שאגרו-וולטאיקה תכסה 20 אחוז מייצור החשמל בארצות הברית. זה בערך 13,000 מייל רבוע, או אחוז אחד מהשטח החקלאי הנוכחי בארה"ב. בקנה מידה עולמי, ההערכה היא שאחוז אחד מכל השטחים החקלאיים יוכל לייצר את האנרגיה שהעולם זקוק לו אם יומרו לפוטו-וולטאים סולאריים.
ישנן דרכים רבות להתקין לוחות אגרו-וולטאיים. אחת השיטות הנפוצות ביותר היא להגביה את המתקן כדי לפנות מקום לציוד חקלאי או לבעלי חיים לנוע בחופשיות מתחתיו. עיצוב אופנתי נוסף הוא לכוון את הפאנלים הפוטו-וולטאיים בצורה אנכית, תוך השארת חללים פתוחים רחבים בין שורות הפאנלים.
ארצות הברית
בסומרסט, קליפורניה, הותקנו פאנלים סולאריים אנכיים של Sunzaun בעיצוב גרמני על כרם. המתקין Sunstall פיתח את המתקן, המורכב מ-43 מודולים של 450 W המחוברים למיקרו-מהפך ושתי סוללות.
העיצוב המינימליסטי השתמש בחורים במסגרות של המודולים כדי ליצור חיבור פשוט לשתי ערימות, מה שמנע את הצורך במערכת מדפים כבדה. מודולים סולאריים דו-פנים מייצרים אנרגיה משני צידי המערך בעל אוריינטציה אנכית.
במערכות מסורתיות המעוצבות בכיוון אופקי, המסילות המשמשות להרכבת הפאנלים על מערכת המדפים נחתכות בדרך כלל כך שיתאימו לגודל המיועד של הפאנל. אם גודל הפאנל משתנה לאחר השלמת רכישת כל הרכיבים האחרים, הפרויקט עלול לחוות עיכובים בזמן שהמסילות מעוצבות מחדש כדי להתאים לגודל הפאנל המעודכן. עיצוב Sunzaun מאפשר להסתגל בקלות לשינוי בגודל הפאנל על ידי התאמת המרחק בין כל ערימה. ניתן גם להתאים את גובה הפאנלים מהקרקע במידת הצורך.
גרמניה
מדענים מאוניברסיטת לייפציג למדעים יישומיים חקרו את ההשפעה הפוטנציאלית של פריסה מסיבית של מערכות פוטו-וולטאיות אנכיות בכיוון מערב-מזרח על שוק האנרגיה הגרמני. הם מצאו כי למתקנים אלו יכולה להיות השפעה מועילה על ייצוב הרשת של המדינה, תוך מתן שילוב רב יותר עם פעילויות חקלאיות מאשר מפעלים פוטו-וולטאיים קרקעיים רגילים.
המדענים גילו שמערכות פוטו-וולטאיות אנכיות יכולות לשנות את הביצועים הסולאריים לשעות של ביקוש החשמל הגבוה ביותר ומרבית אספקת החשמל בחודשי החורף, ובכך להפחית את ההגבלה הסולארית.
"אם אגירת חשמל של 1 TW של הספק טעינה ופריקה ו-1 TWh של קיבולת משולב במודל מערכת האנרגיה, ההשפעה מצטמצמת לחיסכון CO2 של עד 2.1 Mt/a עם 70 אחוז של מודולים אנכיים בכיוון מזרח למערב ו-30 אחוז נטו לדרום", אמרו. "לבסוף, למרות שאולי זה נראה לא ריאלי עבור חלקם להשיג שיעור של 70 אחוז מתחנות כוח אנכיות, אפילו לשיעור נמוך יותר יש השפעה מועילה".
יפן
ביפן בנתה Luxor Solar KK, חברה בת של יצרנית המודולים הגרמנית Luxor Solar, מערכת פוטו-וולטאית אנכית של 8.3 קילוואט במגרש החניה של מפעל לעיבוד אורז בבעלות אקו רייס נייגהטה.
"המכוניות יחנו בין המערכות האנכיות"" הסביר Uwe Liebscher, מנכ"ל Luxor Solar KK, למגזין PV. "המטרה של מערכת זו היא להראות את העמידות במהלך החורף ואת ביצועי האנרגיה הנוספים עקב השתקפות השלג." Niigata, לעומת זאת, ידוע בהיותו אזור עומס שלג גבוה, עם עד 2 או 3 מטרים של שלג בחורף".
המערכת הפונה דרומה כוללת את המודולים הסולאריים של Luxor Solar משלו של Luxor Solar, כמו גם מערכות הרכבה של מומחה פוטו-וולטאי אנכי הגרמני Next2Sun וממירים של Omron היפנית. המכלול האנכי יספק חשמל למפעל לעיבוד אורז הממוקם בסמוך למערכת. העיר נאגאוקה מימנה את הפרויקט ב-2 מיליון ין (14,390 דולר).
"מתקן אנכי משתמש רק בשטח מינימלי מהשטח החקלאי, תוך שמירה על יותר מ-85 אחוז מהאור שמגיע לגידולים, מה שמבטיח איזון אופטימלי בין אנרגיה סולארית לחקלאות, דבר חיוני ביפן", הוא מסביר. "זה מאפשר לנו לבנות מערכות חקלאיות על שטחים חקלאיים של שירותים ציבוריים, כמו חיטה, תפוחי אדמה או אורז, בקנה מידה גדול".
צרפת
בצרפת, TotalEnergies ו-InVivo, מומחית לאגרו-וולטאיקה, השיקו מדגמן חקלאי אנכי בהספק של 111 קילוואט. TotalEnergies מסרה כי התקנת הפיילוט תחקור את ההשפעה של פאנלים סולאריים על התשואה החקלאית, כמו גם על המגוון הביולוגי, אגירת הפחמן ואיכות המים של האתר.
"אנו משוכנעים שהסינרגיה שהתפתחה בין ייצור חשמל ירוק, ביוגז וחקלאות הן אחת התשובות להבטיח את עצמאות האנרגיה והמזון שלנו", אמר תיירי מולר, מנכ"ל TotalEnergies Renouvelables France.
שוודיה
מדענים מאוניברסיטת מלרדלן (שבדיה) פיתחו מודל דינמיקת נוזלים חישובית (CFD) המאפשר ניתוח של מיקרו אקלים בפרויקטים פוטו-וולטאיים אנכיים. סימולציות CFD משמשות לפתרון משוואות מורכבות לגבי זרימת מוצקים וגזים דרך ומסביב לגופים, שניתן להשתמש בהן כדי לנתח מיקרו-אקלים בתוך מערכות אגרולטאיות.
"מודלים של מערכות אגריוולטאיות (AV) ישמשו לעתים קרובות לתכנון מערכות AV חדשות, כמו גם לקבלת החלטות, מכיוון שניתן לנתח/לחזות שינויים מיקרו-אקלימיים על סמך המיקום והפתרון של מערכת ה-AV", החוקר סבסטיאן זיינלי אמר ל-pv magazine.w
המחקר ראה ירידה של 38 אחוז בעוצמת קרינת השמש באזורי הקרקע המוצלים על ידי המודולים הפוטו-וולטאיים האנכיים.
עקרונות מפתח
המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת בארה"ב הציעה חמישה עקרונות להצלחת האגרו-וולטאיקה, כולל:
תנאי אקלים, קרקע וסביבה: תנאי הסביבה של מקום חייבים להתאים הן לייצור שמש והן לגידולים או לכיסוי הצמחייה הרצויים.
תצורות, טכנולוגיות סולאריות ועיצובים: בחירת הטכנולוגיה הסולארית, פריסת האתר ותשתיות נוספות יכולות להשפיע על הכל, החל מכמות האור המגיעה לפאנלים הסולאריים ועד האם טרקטור במידת הצורך יכול לעבור מתחת לפנלים. "התשתית הזו תהיה על הקרקע במשך 25 השנים הבאות, אז זה צריך להיעשות נכון לשימוש המיועד. הצלחת הפרויקט תהיה תלויה בזה", אומר ג'יימס מק'קול, חוקר NREL שעובד על InSPIRE.
בחירת יבול ושיטות גידול, עיצובי זרעים וצמחייה וגישות ניהול: פרויקטים אגרוולטאיים צריכים לבחור יבולים או כיסויי קרקע המשגשגים מתחת ללוחות באקלים המקומי שלהם ושהם רווחיים בשווקים המקומיים.
תאימות וגמישות: Agrovoltaics חייבת להיות מתוכננת בצורה שתתאים לצרכים הסותרים של בעלי מתקנים סולאריים, מפעילים סולאריים וחקלאים או בעלי קרקע כדי לאפשר פעילות חקלאית יעילה.
שיתוף פעולה ושותפויות: כדי שכל פרויקט יצליח, תקשורת והבנה בין קבוצות היא קריטית.