Агривольтаика (APV) представляет собой инновационный подход, объединяющий производство солнечной энергии и сельское хозяйство. Этот метод основывается на оптимизации использования земли, позволяя размещать солнечные панели над сельскохозяйственными культурами, и предлагает решения в условиях растущей конкуренции за земельные ресурсы.
Исследование, проведенное в Университете штата Колорадо (CSU) с 2020 по 2021 гг., было направлено на изучение влияния различных уровней прозрачности фотоэлектрических (PV) модулей на рост овощей, что позволило бы понять потенциальные преимущества и проблемы систем APV.
Четыре овощные культуры - тыкву, перец, томаты и салат-латук - выращивали под тремя типами PV модулей с различной степенью прозрачности: непрозрачный кремниевый (0% прозрачности), бифациальный кремниевый (~5% прозрачности) и полупрозрачный кадмий-теллуридный (40% прозрачности), а контрольный участок полностью был расположен на солнце. Цель исследования заключалась в оценке влияния различных модулей на урожайность и микроклимат, в том числе температуру воздуха и почвы.
Исследование показало, что микроклимат под PV модулями был прохладнее по сравнению с контрольным участком под полной солнечной экспозицией: температура воздуха была примерно на 0,5°C ниже, а температура почвы была еще ниже, в зависимости от прозрачности модуля. Например, температура почвы под непрозрачными кремниевыми модулями была на 14,4°C ниже, чем при полной солнечной экспозиции, что существенно влияло на рост культур.
Урожайность тыквы значительно снизилась под всеми типами PV модулей по сравнению с контрольным участком, т.е. эта культура не подходит для систем APV. В то же время перец, томаты и салат-латук не показали значительного снижения урожайности под PV модулями, что говорит о их потенциальной совместимости с системами APV.
В ходе исследования было замечено, что урожайность культур увеличивалась прямо пропорционально повышению уровня прозрачности фотоэлектрических модулей. Это указывает на то, что полупрозрачные модули, которые пропускают больше света, могут быть более благоприятны для роста культур и при этом генерировать солнечную энергию.
Полученные результаты подчеркивают важность выбора соответствующих типов сельскохозяйственных культур и прозрачности PV модулей в системах APV. В частности, полупрозрачные модули более перспективны для балансирования производства солнечной энергии и выращивания соответствующих овощей. В ближайшее время планируется провести дополнительное исследование, сосредоточенное на оптимизации уровней прозрачности для различных культур и климатических условий с целью повышения общей эффективности и устойчивости систем APV.
Агривольтаика представляет собой жизнеспособный путь к устойчивому будущему, сочетая производство возобновляемой энергии с производством сельскохозяйственных культур. Исследование, проведенное в CSU, подчеркивает потенциал полупрозрачных PV модулей для создания благоприятного микроклимата для определенных культур при одновременном производстве солнечной энергии. По мере развития агровольтаика может сыграть ключевую роль в решении глобальных проблем энергетического спроса и продовольственной безопасности.
Рисунки и примеры:
- Рисунок 1: Три типа используемых в исследовании PV модулей (непрозрачный кремниевый, бифациальный кремниевый и полупрозрачный кадмий-теллуридный), с указанием их уровней прозрачности.
- Рисунки 2, 3, 4: График, показывающий урожайность тыквы, перцев, томатов и салата-латук под различными PV модулями и при полной солнечной экспозиции.
Данное исследование подчеркивает потенциал полупрозрачных фотоэлектрически модулей для улучшения интеграции производства солнечной энергии с сельским хозяйством с целью более устойчивого использования земельных ресурсов.