Солнечные батареи и сельское хозяйство

Один из наших авторов перевел научно-популярную статью, посвященную практике «agrivoltaics» или, как еще ее называют, аргофотовольтаике – методу, задуманному Адольфом Гетцбергером и Армином Застроу в 1981 году, который подразумевает использование одного и того же участка земли для получения фотоэлектрической энергии из солнечных панелей и ведения сельского хозяйства.

Автор статьи рассказывает об исследовании американского биогеографа Грега Баррона-Гаффорда, научная деятельность которого посвящена изучению реакций растений и экосистем полупустынных районов на угрозы, связанные с засухой, изменением климата и антропогенным воздействием, например, при выпасе скота или расчистке пастбищ для производства возобновляемой энергии.

В данной статье рассказывается о результатах научной работы, посвященной особенностям и эффективности комбинации определенных сельскохозяйственных культур и солнечных панелей на одной территории.

перевод: Горный Пират для taste the waste
редактура: иван человеков

оригинал: Crops under solar panels can be a win-win,
Scott K. Johnson, 9/5/2019

Enlarge / «Agrivoltaics» исследования, подобные массачусетскому, изображенному здесь, обнаружили множество культур, хорошо сочетающихся с солнечными батареями.

Посев под солнечными батареями может сулить двойной выигрыш

В засушливой местности фотоэлектрический экран может уменьшить потребление воды.

Может показаться, что солнечные панели – прямые конкуренты растениям. Одни ловят солнечный свет для фотосинтеза, другим он нужен, чтобы двигать электроны. Конечно, это игра в «царя горы», и на участке может одновременно оставаться только один, верно?

На самом деле, эта ситуация не имеет отношения к играм с нулевой суммой. В конце концов, некоторые растения будут засыхать под прямыми солнечными лучами, а значит, существует много продовольственных культур, которые с удовольствием поделятся своим пространством с панелями. И, как показывает новое исследование под руководством Грега Баррона-Гаффорда из Университета Аризоны, эта комбинация не обязательно является «меньшим из зол» – существуют некоторые синергизмы, которые могут принести значительные выгоды солнечному сельскому хозяйству.

Взаимная выгода

Профессор Баррон-Гаффорд и соавторы сосредоточились на засушливых районах, таких как американский юго-запад, где воды для сельскохозяйственных культур мало, и, по прогнозам, будет еще меньше. Исследователи полагали, что тень, создаваемая солнечными панелями, может понизить температуру поверхности почвы и ее испарение, а растительность может сделать сами панели немного более прохладными, чем при установке на открытом грунте. Поскольку эффективность солнечной панели падает при высокой температуре, это может означать, что выработается больше электроэнергии.

Чтобы проверить это, исследователи соорудили три участка на время летних месяцев: один только с солнечными батареями, один только с зерновыми культурами и один, где они были вместе. В последнем случае солнечные панели были установлены так, чтобы находиться на высоте чуть более 3 метров от земли – выше, чем при обычной установке. Все три участка орошались одинаково, а температура, влажность воздуха и влажность почвы отслеживались. В качестве культур для тестирования были выбраны томаты черри, халапеньо и перец чилтепин.

Результаты показали, что совмещение одного с другим, как и ожидалось, изменило температуру. Воздух в среднем оставался почти на 1 °C холоднее в течение дня, и на 0,5 °C теплее в течение ночи. Днем температура солнечных панелей была примерно на 9 °C ниже из-за растений под ними. Под солнечными панелями воздух также был немного менее сухим, а почва высыхала медленнее между поливами.

Лучшие – помидоры

Что касается сельскохозяйственных культур, то здесь присутствовали существенные различия. Так как перцы чилтепина приспособлены к тени, они значительно лучше росли с солнечными батареями над головой. Рост был рассчитан с точки зрения поглощения CO2, и он был на 33% выше на комбинированном участке. Эффективность водопользования растений не изменилась, поэтому по мере роста они начинали поглощать больше влаги из почвы. При этом масса созревших перцев утроилась под солнечными батареями.

Халапеньо, с другой стороны, потребляли на 11% меньше CO2 под панелями, что говорит о нехватке солнечного света. Несмотря на это, эффективность водопользования значительно возросла, и они использовали на 65% меньше воды. Количество созревших перцев немного снизилось, но не выше погрешности.

Наконец, помидоры черри увеличили поглощение CO2 на 65% и эффективность водопользования на 65%. На них вырастало вдвое больше овощей при том же количестве воды.

Основываясь на кривых температурной эффективности этих солнечных панелей, исследователи подсчитали, что более низкие температуры должны увеличить выработку электроэнергии примерно на 3% в летние месяцы, в среднем до 1% прироста за весь год.

Исследователи видят в этом (и в подобных экспериментах «agrivoltaics» в других местах) потенциал, который стоит исследовать и оптимизировать. Установка солнечных панелей может быть несовместима с техникой, используемой для уборки многих культур, и настройка панелей выше уровня земли требует дополнительных затрат. Но есть определенные конфигурации, применимые для определенных культур в определенных областях, для которых это может иметь смысл. Фермеры могут экономить воду, зарабатывать деньги на сдаче панелей в аренду и даже обнаружить, что работникам гораздо удобнее и безопаснее работать в тени, позволяя комплексам солнечных батарей увеличиваться в этих районах, не конкурируя за землю с сельским хозяйством.

Nature Sustainability, 2019. DOI: 10.1038/s41893-019-0364-5 (About DOIs).