يتم اعتماد Agrovoltaics - ممارسة وضع منشآت الطاقة الشمسية بجوار الأراضي الزراعية - بشكل متكرر في جميع أنحاء العالم كطريقة لإدخال الطاقة النظيفة الموزعة دون المساس باستخدام الأراضي.
وفقًا لبحث من جامعة ولاية أوريغون ، يمكن أن يوفر الموقع المشترك للطاقة الشمسية والزراعية 20 بالمائة من إجمالي توليد الكهرباء في الولايات المتحدة. وفقًا للباحثين ، يمكن أن يؤدي التركيب الواسع النطاق للخلايا الزراعية إلى خفض سنوي قدره 330 ألف طن من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون مع تأثير "ضئيل" على غلة المحاصيل.
وفقًا للدراسة ، ستكون هناك حاجة إلى منطقة بحجم ولاية ماريلاند للخلايا الزراعية لتغطية 20 في المائة من توليد الكهرباء في الولايات المتحدة. هذا حوالي 13,000 ميل مربع ، أو 1 في المائة من المساحة الزراعية الحالية في الولايات المتحدة. على المستوى العالمي ، تشير التقديرات إلى أن 1 في المائة من جميع الأراضي الزراعية يمكن أن تنتج الطاقة التي يحتاجها العالم إذا تم تحويلها إلى الخلايا الكهروضوئية الشمسية.
هناك طرق عديدة لتركيب الألواح الكهروضوئية. تتمثل إحدى الطرق الأكثر شيوعًا في رفع المنشأة لإفساح المجال لمعدات المزرعة أو الماشية للتحرك بحرية تحتها. تصميم عصري آخر هو توجيه الألواح الكهروضوئية عموديًا ، مع ترك مساحات مفتوحة واسعة بين صفوف الألواح.
الولايات المتحدة
في سومرست بولاية كاليفورنيا ، تم تركيب الألواح الشمسية العمودية Sunzaun الألمانية التصميم في مزرعة عنب. قام المثبت Sunstall بتطوير التثبيت ، الذي يتكون من 43 وحدة من 450 واط متصلة بمحول صغير وبطاريتين.
استخدم التصميم البسيط ثقوبًا في إطارات الوحدات لإرفاق بسيط بركمتين ، مما تجنب الحاجة إلى نظام رفوف ثقيل. تنتج الوحدات الشمسية ثنائية الاتجاه الطاقة على جانبي الصفيف الموجه عموديًا.
في الأنظمة التقليدية المصممة بالاتجاه الأفقي ، عادةً ما يتم قطع القضبان المستخدمة لتركيب الألواح على نظام الرفوف لتناسب الحجم المطلوب للوحة. إذا تغير حجم اللوحة بعد اكتمال شراء جميع المكونات الأخرى ، فقد يواجه المشروع تأخيرات أثناء إعادة تصميم القضبان لاستيعاب حجم اللوحة المحدث. يسمح تصميم Sunzaun بالتكيف بسهولة مع تغيير حجم اللوحة عن طريق ضبط المسافة بين كل مجموعة. من الممكن أيضًا تعديل ارتفاع الألواح من الأرض إذا لزم الأمر.
ألمانيا
درس علماء من جامعة لايبزيغ للعلوم التطبيقية التأثير المحتمل للنشر المكثف للأنظمة الكهروضوئية العمودية الموجهة نحو الغرب والشرق في سوق الطاقة الألماني. لقد وجدوا أن هذه التركيبات يمكن أن يكون لها تأثير مفيد على استقرار شبكة الدولة ، مع السماح بالتكامل مع الأنشطة الزراعية بشكل أكبر من المحطات الكهروضوئية التقليدية المثبتة على الأرض.
وجد العلماء أن الأنظمة الكهروضوئية العمودية يمكنها تحويل أداء الطاقة الشمسية نحو ساعات أعلى طلب للكهرباء ومعظم إمدادات الكهرباء في أشهر الشتاء ، وبالتالي تقليل القيود المفروضة على الطاقة الشمسية.
"إذا تم دمج وحدة تخزين كهرباء تبلغ 1 تيراواط من طاقة الشحن والتفريغ و 1 تيراواط ساعة من السعة في نموذج نظام الطاقة ، يتم تقليل التأثير إلى توفير ثاني أكسيد الكربون يصل إلى 2 مليون طن في السنة مع 2.1 بالمائة من الوحدات الرأسية الموجهة من الشرق إلى الغرب و 70٪ يميلون إلى الجنوب. "أخيرًا ، على الرغم من أنه قد يبدو من غير الواقعي بالنسبة للبعض تحقيق معدل 30 في المائة من محطات الطاقة العمودية ، إلا أن معدل أقل له تأثير مفيد."
اليابان
في اليابان ، قامت شركة Luxor Solar KK ، وهي شركة تابعة للشركة المصنعة للوحدات النمطية الألمانية Luxor Solar ، ببناء نظام كهروضوئي رأسي بقدرة 8.3 كيلو وات في ساحة انتظار بمصنع لمعالجة الأرز مملوك لشركة Eco Rice Niigata.
أوضح أوي ليبشر ، العضو المنتدب لشركة Luxor Solar KK ، لمجلة PV: "سيتم إيقاف السيارات بين الأنظمة الرأسية". "الهدف من هذا النظام هو إظهار المتانة خلال فصل الشتاء وأداء الطاقة الإضافي بسبب انعكاس الثلج." من ناحية أخرى ، تشتهر نيغاتا بكونها منطقة مليئة بالثلوج ، حيث يصل ارتفاع الثلوج إلى مترين أو ثلاثة أمتار في الشتاء ".
يتميز النظام المواجه للجنوب بوحدات الطاقة الشمسية غير المتجانسة الخاصة بـ Luxor Solar ، بالإضافة إلى أنظمة تركيب من شركة Next2Sun الألمانية المتخصصة في الطاقة الكهروضوئية ومحولات من شركة Omron اليابانية. سيوفر التجميع الرأسي الكهرباء لمصنع معالجة الأرز الموجود بجوار النظام. ومولت مدينة ناجاوكا المشروع بمليوني ين (2 دولارا أمريكيا).
يشرح قائلاً: "لا يستخدم التثبيت الرأسي سوى الحد الأدنى من مساحة الأراضي الزراعية ، مع الحفاظ على أكثر من 85 بالمائة من الضوء الذي يصل إلى المحاصيل ، مما يضمن التوازن الأمثل بين الطاقة الشمسية والزراعة ، وهو أمر بالغ الأهمية في اليابان". "هذا يسمح لنا ببناء أنظمة فلطائية زراعية في الأراضي الزراعية ذات المرافق العامة ، مثل القمح أو البطاطس أو الأرز ، على نطاق واسع."
فرنسا
في فرنسا ، أطلقت شركة TotalEnergies و InVivo ، المتخصصة في الخلايا الفلطية الزراعية ، عرضًا للخلايا الزراعية العمودية بقدرة 111 كيلو وات. وقالت شركة TotalEnergies إن التركيب التجريبي سيبحث في تأثير الألواح الشمسية على العائد الزراعي ، فضلاً عن التنوع البيولوجي وتخزين الكربون وجودة المياه في الموقع.
قال تييري مولر ، الرئيس التنفيذي لشركة TotalEnergies Renouvelables France: "نحن مقتنعون بأن أوجه التآزر التي تم تطويرها بين إنتاج الكهرباء الخضراء والغاز الحيوي والزراعة هي إحدى الحلول لضمان استقلال الطاقة والغذاء لدينا".
السويد
طور علماء من جامعة Mälardalen (السويد) نموذجًا لديناميكيات السوائل الحسابية (CFD) الذي يسهل تحليل المناخ المحلي في المشاريع الكهروضوئية العمودية. تُستخدم محاكاة CFD لحل المعادلات المعقدة حول تدفق المواد الصلبة والغازات عبر الأجسام وحولها ، والتي يمكن استخدامها لتحليل المناخ المحلي داخل الأنظمة الزراعية.
"سيتم استخدام نماذج نظام Agrivoltaic (AV) بشكل متكرر لتصميم أنظمة AV جديدة ، وكذلك لاتخاذ القرار ، حيث يمكن تحليل / توقع التغيرات المناخية على أساس الموقع والحل لنظام AV" ، الباحث سيباستيان زينالي قال مجلة pv.w
لاحظت الدراسة انخفاضًا بنسبة 38 في المائة في شدة الإشعاع الشمسي في مناطق الأرض المظللة بالوحدات الكهروضوئية العمودية.
المبادئ الرئيسية
قدم المختبر الوطني الأمريكي للطاقة المتجددة خمسة مبادئ لنجاح الخلايا الزراعية ، بما في ذلك:
المناخ والتربة والظروف البيئية: يجب أن تكون الظروف البيئية للمكان مناسبة لتوليد الطاقة الشمسية والمحاصيل المرغوبة أو الغطاء النباتي.
التكوينات وتقنيات الطاقة الشمسية والتصاميم: يمكن أن يؤثر اختيار تكنولوجيا الطاقة الشمسية وتخطيط الموقع والبنى التحتية الأخرى على كل شيء بدءًا من كمية الضوء التي تصل إلى الألواح الشمسية إلى ما إذا كان بإمكان الجرار ، إذا لزم الأمر ، المرور تحت الألواح. "ستكون هذه البنية التحتية على الأرض لمدة 25 عامًا قادمة ، لذلك يجب القيام بها بشكل صحيح للاستخدام المقصود. يقول جيمس ماكول ، الباحث في NREL الذي يعمل في InSPIRE: "سيعتمد نجاح المشروع عليه".
طرق اختيار المحاصيل وزراعتها ، وتصميمات البذور والغطاء النباتي ، وأساليب الإدارة: يجب أن تختار المشاريع الزراعية المحاصيل أو الأغطية الأرضية التي تزدهر تحت الألواح في مناخها المحلي وتكون مربحة في الأسواق المحلية.
التوافق والمرونة: يجب تصميم الخلايا الكهروضوئية بطريقة تتكيف مع الاحتياجات المتضاربة لأصحاب منشآت الطاقة الشمسية ومشغلي الطاقة الشمسية والمزارعين أو أصحاب الأراضي لتمكين الأنشطة الزراعية الفعالة.
التعاون والشراكات: من أجل نجاح أي مشروع ، يعد التواصل والتفاهم بين المجموعات أمرًا بالغ الأهمية.