Zusammenlegung von Solarenergie, Pflanzen und Vieh in Agrivoltaik-Projekten

Solarenergie ist von zentraler Bedeutung für Modelle der ökologischen Nachhaltigkeit, aber nicht alle Projekte werden gleich gebaut. Ein Problem bei der Energieentwicklung, ob erneuerbar oder nicht, ist das Konzept der "Energiezersiedelung", bei der es sich um die Zuweisung von Land für die Energieerzeugung und -verteilung handelt.

Environment California schätzt, dass Solaranlagen auf Dächern die Erschließung von 148 000 Acres Land verhindern könnten, verglichen mit einem bodenmontierten reinen Versorgungsmodell. Dies basiert auf einer geschätzten Bereitstellung von 28,5 GW Solarstrom auf Dächern bis 2045, um die Ziele für saubere Energie zu erreichen. Das ist eine Fläche etwa halb so groß wie Los Angeles, die erhalten werden könnte.

Solar wird für seine Fähigkeit gefeiert, in die bebaute Umgebung integriert, auf Dächern platziert, in Gebäudefassaden, auf Carports usw. integriert zu werden. Um jedoch die aggressiven Dekarbonisierungsziele zu erreichen und ein 100-prozentiges erneuerbares Energiesystem zu erreichen, werden bodenmontierte Solaranlagen eingesetzt wird auch benötigt. Hier kann die Agrivoltaik, die Praxis der Kolokalisierung der Solarenergieerzeugung mit landwirtschaftlichen Funktionen, ansetzen.

Untersuchungen der Oregon State University ergaben, dass solare und landwirtschaftliche Kollokationen 20 Prozent der gesamten Stromerzeugung in den Vereinigten Staaten ausmachen könnten. Die großflächige Installation von Agrivoltaik könnte zu einer jährlichen Reduzierung von 330.000 Tonnen Kohlendioxidemissionen führen und gleichzeitig den Ernteertrag "minimal" beeinträchtigen, sagten die Forscher.

Das Papier stellte fest, dass eine Fläche von der Größe von Maryland benötigt würde, wenn die Agrivoltaik 20 Prozent der US-Stromerzeugung decken würde. Das sind ungefähr 13.000 Quadratmeilen oder 1 Prozent des derzeitigen US-Ackerlandes. Auf globaler Ebene wird geschätzt, dass 1 Prozent aller Ackerflächen den weltweiten Energiebedarf decken könnten, wenn sie auf Solar-PV umgestellt würden.

Biosphäre 2

Agrivoltaik tut mehr als nur Land zu erhalten und das Beste aus einem Hektar zu machen. Es gibt Synergien zwischen den Solaranlagen und den unten aufgeführten landwirtschaftlichen Aktivitäten.

Beispielsweise fand ein Forscherteam der University of Arizona, die ein Agrivoltaik-Testzentrum in Biosphere 2 betreibt, einer vollständig in sich geschlossenen "natürlichen" Innenumgebung, heraus, dass Pflanzen die Leistung von Solaranlagen verbessern und die Solaranlagen den Ernteertrag verbessern in trockener Umgebung.

Das Biosphere-Team stellte fest, dass der durch das Photovoltaiksystem bereitgestellte Schatten die Verdunstung verringerte, was bedeutet, dass das Wasser länger an der Oberfläche bleiben und die Pflanzen besser ernähren würde als landbasierte Landwirtschaft unter freiem Himmel. Das spart nicht nur Wasser, sondern lässt die Pflanzen stärker wachsen, was zu einem besseren Ernteertrag führt. Darüber hinaus bewirkt der schattige Raum, den die Paneele bieten, dass sich Pflanzen ausbreiten und nach Sonnenlicht suchen. In den Versuchen war das agrivoltaisch beschattete Blatt fast doppelt so groß wie das Freilandblatt.

In trockenen Klimazonen wie dem, das Biosphere 2 umgibt, kann es oft zu viel Licht und Hitze geben, damit Pflanzen richtig wachsen können. Der Schatten des Paneels trägt dazu bei, bessere Bedingungen für die Pflanzen zu schaffen. Gleiches gilt für Solarmodule, die bei hohen Temperaturen weniger Strom produzieren. Eine herkömmliche Solaranlage kann die gesamte Vegetation darunter entfernen, was in großen Solarfeldern den untersuchten Effekt einer Wärmeinsel verursacht.

Überschüssige Sonnenenergie, die nicht in Strom umgewandelt wird, kann das Gebiet auf zwei Arten verlassen: entweder als latente Wärme oder als fühlbare Wärme. Spürbare Wärme ist die Art, die wir fühlen können, und die Art, die der Solar-PV-Produktion schadet. Latentwärme ist die Energie, die von Wasser in der Nähe absorbiert wird und zu Dampf verdampft. Indem Sie unten in einem trockenen Klima Pflanzen hinzufügen, fügen Sie mehr latente Wärmeabsorption hinzu, nehmen den Wärmedruck von den Platten und steigern die Produktion und den Lebenszyklus.

Auch Landwirte mit trockenem Klima können gerne mit Agrivoltaik arbeiten. Vorläufige Daten des Zentrums deuten darauf hin, dass die Hauttemperaturen etwa 20 Grad Fahrenheit niedriger sind als in der Freilufthaltung.

InSPIRE-Projekt

Das National Renewable Energy Laboratory (NREL) erforscht viele Möglichkeiten für Agrivoltiacs, einschließlich der Platzierung von Rindern oder Schafen, Feldfrüchten, bestäuberfreundlichen einheimischen Pflanzen oder Bodensanierung und anderen Ökosystemleistungen auf demselben Grundstück wie aktive Solaranlagen.

Das Hauptforschungsprojekt des NREL zur Agrivoltaik heißt Innovative Solar Practices Integrated with Rural Economies and Ecosystems (InSPIRE). Das InSPIRE-Projekt hat einen Finanzrechner entwickelt, um die Vorteile der Praxis zu quantifizieren. Es entwickelte auch eine Liste mit bewährten Verfahren für diejenigen, die an einem Einstieg in das Feld interessiert sind. Darüber hinaus verfolgt InSPIRE alle aktiven Agrivoltaik-Standorte in den USA, die hier zu finden sind.

"Durch unsere Arbeit, die mehrere Regionen, Konfigurationen und landwirtschaftliche Aktivitäten umfasst, haben wir so viele erste vielversprechende Ergebnisse gesehen", sagte Jordan Macknick, leitender Energie-Wasser-Land-Analyst von NREL und Hauptforscher für das InSPIRE-Projekt. „Jetzt besteht unsere Herausforderung darin, herauszufinden, wie wir diese Erfolge vergrößern und replizieren können.“

NREL hat auch eine Reihe von fünf Grundprinzipien für den Erfolg in der Agrivoltaik entwickelt, die als die fünf Cs bezeichnet werden:

Klima, Boden und Umweltbedingungen – Die Umgebungsbedingungen eines Standorts müssen sowohl für die Solarenergieerzeugung als auch für die gewünschten Pflanzen oder Bodendecker geeignet sein.

Konfigurationen, Solartechnologien und Designs – Die Wahl der Solartechnologie, das Layout des Standorts und andere Infrastruktur können alles beeinflussen, von der Lichtmenge, die die Solarmodule erreicht, bis hin dazu, ob ein Traktor bei Bedarf unter die Module fahren kann. "Diese Infrastruktur wird für die nächsten 25 Jahre im Boden bleiben, also müssen Sie sie für Ihre geplante Nutzung richtig machen. Sie wird bestimmen, ob das Projekt erfolgreich ist", sagte James McCall, ein NREL-Forscher, der an InSPIRE arbeitet.

Pflanzenauswahl und Anbaumethoden, Saatgut- und Vegetationsdesigns und Managementansätze – Agrivoltaik-Projekte sollten Pflanzen oder Bodendecker auswählen, die unter Platten in ihrem lokalen Klima gedeihen und auf lokalen Märkten rentabel sind.

Kompatibilität und Flexibilität – Agrivoltaik sollte so konzipiert sein, dass sie den konkurrierenden Bedürfnissen von Solarbesitzern, Solarbetreibern und Landwirten oder Landbesitzern gerecht wird, um effiziente landwirtschaftliche Aktivitäten zu ermöglichen.

Zusammenarbeit und Partnerschaften – Für den Erfolg jedes Projekts sind Kommunikation und Verständnis zwischen den Gruppen von entscheidender Bedeutung.

InSPIRE stellt die weltweit größte, am längsten laufende und umfassendste Agrivoltaik-Forschungsbemühung dar und erstreckt sich über 28 Standorte in 11 US-Bundesstaaten, Puerto Rico und dem District of Columbia. Einige dieser Websites beinhalten direkte Forschung, einige beinhalten Forschungsdesign und Überlegungen, und einige beinhalten laufende Beratung und Betreuung von Partnern.

„Eine Sache, die InSPIRE wirklich gut gemacht hat, ist die Schaffung einer Gemeinschaft von Menschen, die anders über das Design und Management von PV-Solaranlagen denken. Nach einer InSPIRE-Konferenzschaltung, bei der Wissenschaftler und Praktiker aus der Industrie ihre Ergebnisse teilen, gibt es eine enorme Energie und Optimismus für die Herausforderung und Chancen vor uns", sagte Rob Davis von Connexus Energy, der größten Stromgenossenschaft im Mittleren Westen.