Исследователи из Университета Хаэна в Испании изучили потенциал агровольтаики для выращивания сельскохозяйственных культур в теплицах. Они разработали двойную модель, которая, по их утверждению, позволяет обеспечить надежное производство электроэнергии и высокую урожайность.
«Наша модель подходит для всех видов теплиц. Необходимо просто настроить угол наклона модуля и поверхности», — сказал исследователь Эдуардо Ф. Фернандес.
В процессе моделирования использовались полупрозрачные солнечные модули из кристаллического кремния (c-Si).
«Однако эти панели не позволяли равномерно освещать теплицы, что в результате влияло на урожайность сельскохозяйственных культур», — добавил Фернандес. «Для решения этой проблемы в последующем планируется использовать новые прозрачные тонкопленочные технологии, такие как аморфный кремний (a-Si), теллурид кадмия (CdTe), перовскит и сенсибилизированные красителем панели. Это очень многообещающая органическая фотоэлектрическая технология, так как спектральное пропускание можно легко адаптировать в соответствии с конкретной спектральной полосой поглощения сельскохозяйственных культур. Тонкопленочные и органические фотоэлектрические панели более гибкие и легкие, поэтому их проще интегрировать, чем продукты на основе c-Si».
«Технология концентрации солнечного света также изучается на предмет ее максимальной эффективности и улучшения освещенности растений, благодаря использованию оптических элементов», — сказал он. «С этой целью проводились исследования различных оптических конфигураций для фокусировки света на небольших c-Si или многопереходных солнечных батареях».
В статье «Глобальная энергетическая оценка потенциала фотоэлектрических систем для тепличных хозяйств», опубликованной в журнале Applied Energy говорится, что при проведении моделирования учитывались два основных фактора: энергия, вырабатываемая фотоэлектрической системой; и скорость фотосинтеза сельскохозяйственных культур за определенный период времени в зависимости от прозрачности фотоэлектрической системы. Результаты исследования основаны на трех подмоделях с учетом широкополосного и спектрального состава излучения, технологии солнечных батарей и показателя ее производительности, а также взаимосвязи между скоростью фотосинтеза и эффективного потока фотонов, который попадал на сельскохозяйственные культуры.
При проведении исследования использовались пять основных семейств сельскохозяйственных культур — Cucurbitaceae, Fabaceae, Solanacae, Poaceae и Rosaceae — в местах с засушливым или полузасушливым и умеренным климатом - Эль-Эхидо (Испания), Пакино (Италия), Анталья (Турция) и Висенте-Герреро (Мексика).
Исследователи обнаружили, что оптимальной фотоэлектрической системой для теплиц является массив, который может снизить годовой чистый коэффициент фотосинтеза не более чем на 10%, что не повлияет на урожайность. Коэффициент полного спектрального пропускания (TRF) системы должен составлять 0,68.
«Чем ниже поток фотонов, при котором в культурах достигается максимальная скорость фотосинтеза, тем ниже TRF и, следовательно, тем больше фотоэлектрическая мощность», — объясняют ученые. «Кроме того, чем выше солнечный ресурс, тем ниже TRF».
В этих четырех местах - Эль-Эхидо (Испания), Пакино (Италия), Анталья (Турция) и Висенте-Герреро (Мексика) - фотоэлектрические системы вырабатывали по 135 кВт-ч/м2.
Для контекстуализации этих результатов следует отметить, что средний выход энергии, производимой системами APV, может составить от 2,3% (Мексика) до 6,0% (Турция) от общего рынка энергии.