Национальный институт продовольствия и сельского хозяйства Министерства сельского хозяйства США предоставил Университету Иллинойса грант в размере 10 миллионов долларов на проект в области агроэнергетики под названием Sustainably Colocating Agricultural and Photovoltaic Electricity Systems (SCAPES).
Проект направлен на предоставление междисциплинарных научных знаний, а также программ повышения квалификации для изучения устойчивых агроэлектрических конструкций в различных комбинациях видов сельскохозяйственных культур. Рядовые культуры, кормовые культуры (для домашнего скота) и специальные культуры будут изучаться в трех биофизически разнообразных регионах США: Иллинойс, Колорадо и Аризона.
SCAPES стремится объединить экономический анализ в масштабе фермы с передовыми полевыми экспериментами. Цель программы - изучить общесистемное влияние на рынки и климатические системы, которое возникает в результате различных агроэлектрических конфигураций. Программа будет использовать подход системного моделирования для экстраполяции биофизических и экономических результатов. После этого специалисты, разработают программы, которые будут использоваться при разработке и внедрении сельскохозяйственных проектов.
Исследование является своевременным, так как стремительно падающие цены на солнечные панели послужили толчком для строительства солнечных полей, которые обычно воспринимаются «как конкурирующие с растениеводством».
В Соединенных Штатах в течение многих лет назревают потенциальные конфликты в области землепользования, несмотря на исследования в области агроэнергетики, показывающие, что при совместном размещении солнечных панелей и сельскохозяйственных культур увеличивается как производство продуктов питания, так и генерация энергии.
Например, агроэлектрические исследования Института Фраунгофера показали, что урожай пшеницы на поле с приподнятыми солнечными панелями составит 80% от пшеницы, которая была бы выращена без использования панелей, и еще 80% электроэнергии. То есть совмещение производства продуктов питания и энергии значительно увеличит чистый доход с одного и того же участка земли.
Проект, осуществляемый под руководством штата Иллинойс, преследует три цели. Первая заключается в привлечении ключевых заинтересованных сторон, включая фермеров, землевладельцев, разработчиков солнечных батарей для определения оптимальных конфигураций солнечной энергии, интегрированных с производством продовольственных культур. Вторая цель - оптимизировать конструктивные соображения на основе моделей урожайности сельскохозяйственных культур, потребностей в ресурсах и выработки электроэнергии в конкретном месте. И третья цель - создание высокоэффективных экспериментальных образовательных программ, интегрированных с научными исследованиями, для студентов и фермеров.
В рамках такого подхода в каждом регионе планируется разместить солнечные установки и растения C3 (например, соевые бобы, шпинат и рис) и C4 между панелями, чтобы выяснить, как растения реагируют на различные уровни панелей, а также продолжительность и время затенения. Растения C4, такие как кукуруза, использующие в процессе дыхания CO2, который улучшает эффективность азота, воды и фотосинтеза, вероятно, в условиях затенения смогут расти только в наиболее жарких климатических условиях. Растения C3, а это 95% зеленых растений, более эффективно растут в полутени.
После сбора данные будут использованы для создания имитационной модели агровольтаики, на основе которой будет разработан проект трех исследовательских и демонстрационных площадок.
Получение исходных данных планируется на трех существующих солнечных фермах - Solar Farm 2.0 в Иллинойсе, Jack's Solar Garden в Университете штата Колорадо и Учебная лаборатория Agrivoltaics в Университете Аризоны. Модель, построенная на основе этих данных, покажет динамику воды и тепла и будет интегрирована с моделями роста сельскохозяйственных культур для руководства проектированием.