Mereka menyuburkan dan memberi tenaga

Pertanian mempunyai kawasan terbuka yang luas dan cerah. Mengapa tidak menggabungkan pengeluaran makanan dengan pengeluaran tenaga (1)? Lebih-lebih lagi, tenaga elektrik yang dijana oleh panel solar boleh digunakan secara tempatan, sebagai contoh, untuk menggerakkan pam pengairan, dan lebihan boleh dijual kepada grid, meningkatkan pendapatan pemilik.

Perlu diketahui bahawa banyak tumbuhan tidak menyukai cahaya matahari langsung yang kuat. Panel yang diletakkan di atasnya tidak akan mengganggu, malah mengoptimumkan hasil tuaian. Secara umum, ia boleh dilaraskan dan menukar tahap cahaya masuk mengikut corak yang diprogramkan dengan sangat tepat. Anda juga boleh menganggap ini sebagai rumah hijau moden yang menggunakannya dan bukannya panel kaca biasa. bateri solar.

Setahun yang lalu, Scientific Reports menerbitkan satu kajian dari University of Oregon yang menunjukkan bahawa meliputi sekurang-kurangnya satu peratus daripada tanah pertanian dunia dengan pemasangan sedemikian sepatutnya mencukupi untuk membekalkan tenaga elektrik kepada semua manusia.

Daripada bersaing untuk ruang, bahagikan bidang

Pada tahun 1981, Adolf Goetzberger dan Armin Sastrow adalah orang pertama yang mencadangkan konsep penggunaan dua tanah pertanian untuk pengeluaran. tenaga solar dan menanam tanaman untuk meningkatkan produktiviti pertanian secara keseluruhan. Ini adalah sumbangan mereka kepada perdebatan yang sedang berlangsung ketika itu tentang persaingan untuk tanah pertanian antara pengeluaran tenaga solar dan tanaman pertanian.

Berdasarkan andaian bahawa terdapat perkara seperti titik tepu cahaya, dan meningkatkan bilangan foton tidak membawa kepada peningkatan, penyelidik Jepun Akira Nagashima mencadangkan gabungan praktikal sistem fotovoltaik dan pertanian untuk menggunakan cahaya berlebihan. Dia membangunkan prototaip pertama pada tahun 2004.

Menjelang 2017, lebih daripada seribu sistem fotovoltaik telah dipasang di tanah ladang Jepun, wujud bersama pertanian tradisional. Untuk mendapatkan permit mengendalikan panel solar pada tanaman, petani di Jepun mesti memenuhi keperluan penyelenggaraan sekurang-kurangnya 80 peratus di bawah undang-undang tempatan. pengeluaran pertanian biasa.

Pada 2017, loji janakuasa 35 MW telah mula beroperasi di Jepun, dipasang pada 54 hektar tanaman. Darjah teduhan loji janakuasa ini ialah 50 peratus iaitu melebihi 30 peratus. teduhan yang biasa digunakan dalam loji janakuasa pertanian Jepun. Petani menanam ginseng, ashitaba dan ketumbar, antara lain. Sebuah loji tenaga solar 480 MW, termasuk loji janakuasa pertanian, akan dibina di Ukujima tidak lama lagi.

Istilah "agrovoltaics" muncul dalam salah satu penerbitan pada tahun 2011. Di Asia, istilah "perkongsian solar" juga kadangkala digunakan. Mengikuti contoh Jepun, banyak negara di benua ini menjalankan projek serupa, termasuk, sudah tentu, China dan India. Dalam kes kedua, agro-tenaga dilihat sebagai peluang besar untuk meningkatkan pendapatan golongan miskin luar bandar. Di Malaysia, percubaan telah dibuat untuk memasang panel solar di ladang teh, dan di Vietnam - di ladang udang.

Sudah tentu, konsep ini juga sampai ke Eropah. Tahap terawal dan terbesar di Perancis. Rumah hijau fotovoltaik telah dibina di sini sejak awal tahun 2007. Contoh teknologi Perancis ialah projek Agrinergie, yang dibangunkan oleh Akuo Energy sejak XNUMX.

Sejak 2009 syarikat Perancis INRA, IRSTEA dan Sun'R telah mengusahakan program yang dibangunkan untuk bidang yang dipanggil Sun'Agri. Prototaip pertama dipasang di kawasan seluas 0,1 hektar di Montpellier. Prototaip lanjut unit dengan panel paksi tunggal mudah alih telah dibina pada 2014 dan 2017. Loji agroelektrik luar pertama Sun'R telah dibina pada musim bunga 2018 di Tresser di Pyrenees-Orientales. Loji janakuasa itu mempunyai kapasiti 2,2 MW daripada panel yang terletak di 4,5 hektar ladang anggur (2). Dan ini bukan satu-satunya projek Perancis jenis ini.

2. Menanam pokok anggur dengan panel solar

Lebihan cahaya daripada fotosintesis

Di Amerika Syarikat, projek ini diuruskan oleh SolAgra (3) dengan kerjasama Jabatan Agronomi UC Davis. Loji janakuasa pertama dengan keluasan 0,4 hektar sedang dalam pembangunan. Kawasan seluas 2,8 ha digunakan sebagai objek pengurusan. Beberapa jenis tanaman sedang dikaji: alfalfa, sorghum, salad, bayam, bit, lobak merah, lobak, kentang, arugula, pudina, lobak, kubis, pasli, ketumbar, kacang, kacang, bawang merah, sawi. Eksperimen agroelektrik juga sedang dijalankan di beberapa universiti Amerika.

3. Pemasangan fotovoltaik di sebelah tanaman SolAgra

Menurut kajian yang dibiayai oleh Yayasan Sains Kebangsaan yang diketuai oleh jurutera, penyelidik biologi tumbuhan dan penyelidik fizik di North Carolina State University, banyak rumah hijau boleh menjadi neutral tenaga dengan menggunakan panel solar telus untuk menjana tenaga (4). Kita bercakap tentang penggunaan tenaga bagi panjang gelombang cahaya yang tidak digunakan oleh tumbuhan untuk fotosintesis. Hasil kajian itu diterbitkan pada Februari tahun ini dalam jurnal Joule.

4. rumah hijau agroelektrik

“Tumbuhan hanya menggunakan sebahagian daripadanya untuk fotosintesis panjang gelombang cahaya. Ideanya adalah untuk mencipta rumah hijau yang menjana tenaga daripada cahaya yang tidak digunakan ini sambil membiarkan sebahagian besar cahaya fotosintesis masuk,” jelas Brendan O'Connor, salah seorang pengarang kajian. “Kita boleh mencapai ini dengan sel solar organik kerana ia membolehkan kita memperhalusi spektrum cahaya yang diserap oleh sel solar. Walau bagaimanapun, sehingga kini tidak jelas berapa banyak tenaga yang boleh diperoleh rumah hijau jika ia menggunakan sel suria organik yang lut sinar, terpilih dan organik ini.”

Untuk menjawab soalan ini, penyelidik menggunakan model pengiraan. "Kebanyakan tenaga yang digunakan dalam rumah hijau adalah berkaitan dengan pemanasan dan penyejukan, jadi model kami tertumpu pada pengiraan beban tenaga yang diperlukan untuk mengekalkan julat suhu optimum untuk penanaman tomato," kata O'Connor. "Model itu juga mengira jumlah tenaga yang akan dihasilkan rumah hijau jika panel solar diletakkan di atas bumbungnya."

Untuk tumbuhan yang suka teduh

Tiga jenis utama agrovoltaik sedang dikaji: panel solar di ruang antara tanaman, panel solar rata di atas tanaman, dan sistem suria rumah hijau. Parameter utama yang diambil kira untuk sistem agrovoltan ialah sudut kecondongan panel solar. Pembolehubah lain yang dipertimbangkan semasa memasang sistem agro-elektrik ialah jenis tanaman, ketinggian panel, sinaran suria di kawasan tersebut dan iklim di kawasan tersebut.

Wen Liu dari Universiti Sains dan Teknologi Hefei di China mencadangkan idea baharu untuk agrovoltaik pada 2015, menggunakan panel kaca melengkung yang disalut dengan filem polimer untuk menghantar secara selektif panjang gelombang cahaya matahari yang diperlukan untuk fotosintesis tumbuhan (cahaya biru dan merah). . Semua panjang gelombang lain dipantulkan dan tertumpu dalam kepekatan panel solar untuk penjanaan kuasa.

Permodelan dan penyelidikan dalam agrovoltaik menunjukkan bahawa pengeluaran tenaga elektrik daripada tanaman tidak mengurangkan produktiviti pertanian. Sudah tentu, ini paling sesuai untuk tumbuhan yang tahan teduh atau lebih suka cahaya matahari yang kurang.

Dalam kajian baru-baru ini di Arizona, saintis membandingkan tumbuhan yang ditanam di bawah panel solar dengan tumbuhan yang ditanam di bawah cahaya matahari langsung. Mereka menyatakan secara khusus bahawa jumlah pengeluaran chiltepin adalah tiga kali lebih tinggi dalam plot di bawah panel solar, dan hasil tomato ceri meningkat dua kali ganda di bawah panel solar. Sesetengah loji dalam sistem agroelektrik memerlukan lebih sedikit air, sebahagiannya kerana tanah rendang mengekalkan lebih banyak kelembapan.

Projek penyelidikan di South Deerfield, Massachusetts, memberikan perspektif yang sama. Ujian telah menunjukkan bahawa menanam brokoli dan sayur-sayuran yang serupa menghasilkan 60 peratus lebih berat tumbuhan daripada tumbuhan di bawah sinar matahari penuh.

Jadi mungkin medan untuk pembangunan ladang suria yang hebat bukanlah Sahara dan padang pasir lain, seperti yang sering diramalkan, tetapi ladang yang dikenali setakat ini hanya sebagai makanan?