Quang điện nông nghiệp - Sự bùng nổ năng lượng mặt trời trong nông nghiệp?

Các Dân số thế giới dự kiến sẽ tăng thêm 1,2 tỷ người sau 15 năm, cùng với nhu cầu ngày càng tăng về thịt, trứng và sữa, vốn sử dụng hơn 70% nước ngọt cho cây trồng và nhu cầu điện ngày càng tăng. Việc chúng ta cần thực hiện một sự thay đổi mạnh mẽ trong sản xuất năng lượng để trở nên trung hòa về khí hậu và giảm lượng khí thải của nhân loại không còn là điều bí mật nữa. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng để đạt được điều này, chúng ta phải đầu tư mạnh vào các nguồn năng lượng tái tạo như gió và mặt trời. Các chuyên gia dự đoán rằng trong thời gian tới, sản xuất quang điện sẽ tăng lên ước tính sáu đến tám lần hơn những gì hiện nay. Nông nghiệp là một phần quan trọng trong cuộc sống của con người trong nhiều thế kỷ và do đó, điều cần thiết là chúng ta phải tìm cách duy trì điều này đồng thời sản xuất năng lượng tái tạo.

Tuy nhiên, chính vấn đề với công viên năng lượng mặt trời truyền thống là mặt đất bên dưới các tấm không thể sử dụng được. Agrivoltaics, kết hợp nông nghiệp với sản xuất điện bằng cách canh tác dưới tán các tấm pin mặt trời, có thể là giải pháp cho những vấn đề này.

Đi vào hệ thống quang điện nông nghiệp (hoặc hệ thống Agri-PV). Công nghệ này cho phép chúng tôi lắp đặt pin mặt trời trên cánh đồng nông nghiệp Và sản xuất điện trong khi cũng cho phép cây trồng phát triển dưới.

1. AgroSolar là gì
2. Ưu điểm của Agri-PV/AgroSolar là gì?
3. Những hạn chế lớn nhất hiện nay là gì?

AgroSolar: Trồng trọt và sản xuất điện

Nông điện cũng đã chỉ ra rằng có thể trồng gần như tất cả các loại cây trồng dưới các tấm pin mặt trời, nhưng có thể bị giảm năng suất trong những mùa ít nắng đối với những cây ưa nắng. Tuy nhiên, năng suất cây trồng APV đã vượt quá trường tham chiếu trong những năm 'khô và nóng', chứng tỏ rằng nông điện có thể là yếu tố thay đổi cuộc chơi ở những vùng nóng và khô cằn.

Số lượng của kinh nghiệm về nông nghiệp vẫn còn khá hạn chế, nhưng có nhiều biến thể của nông điện hiện đang được nghiên cứu tích cực. Những thành công lớn chủ yếu đến từ các loại cây trồng chịu bóng râm như rau diếp, rau bina, khoai tây và cà chua. Một số ví dụ siêu hứa hẹn tạo nên một trường hợp thuyết phục cho nông học.

Đất được sử dụng hai lần và chúng ta có thể tối đa hóa sản lượng năng lượng. Các Hệ thống Agri-PV được phát triển tại Viện Fraunhofervà các nhà nghiên cứu tin rằng công nghệ này có tiềm năng đáp ứng toàn bộ nhu cầu năng lượng của Đức chỉ với 4% diện tích nông nghiệp. Kiểu sản xuất năng lượng tái tạo này đã được thử nghiệm tại công ty Steinicke ở Lüchow, Lower Saxony. Các mô-đun năng lượng mặt trời được lắp đặt ở độ cao sáu mét Và các loại thảo mộc được trồng bên dưới trong bóng râm. Điều này có lợi cho cây trồng vì nó cung cấp vi khí hậu và giảm tổn thương do cháy nắng. Viện Fraunhofer cũng đã xây dựng một cánh đồng thử nghiệm có cây táo để đo lường tác động của bóng râm và tác động đến vụ thu hoạch. Những phát hiện ban đầu cho thấy mái nhà quang điện thậm chí còn có lợi cho một số giống và bảo vệ chúng khỏi sâu bệnh. Công nghệ này được ước tính có thể tạo ra khoảng 700.000 kilowatt giờ điện mỗi năm. năng lượng mặt trời nông nghiệp là người tiên phong trong công nghệ này và hiện đang thực hiện nhiều dự án hơn.

Thủ tục kéo dài và lắp đặt tốn kém

Tuy nhiên, họ đang phải đối mặt với một điểm chung vấn đề – thủ tục dài dòng. Thông thường phải mất hai năm rưỡi để thực hiện thủ tục lập kế hoạch phát triển khi có sự thay đổi về kế hoạch sử dụng đất. chi phí từ 20.000 đến 80.000 euro. Điều này gây khó khăn cho các hệ thống nhỏ đủ khả năng thực hiện quy trình. Cần nhiều ưu đãi hơn nữa để nông dân và doanh nhân đầu tư vào hệ thống Agri-PV, vậy đó có thể là một trợ cấp tiềm năng của liên minh châu Âu (nguồn trợ cấp nông nghiệp thông thường trên toàn EU). Việc phê duyệt cần phải nhanh hơn và dễ dàng hơn và số hóa có thể là một công cụ hữu ích.

Các điều kiện kinh tế cần phải phù hợp để mọi người có thể chuyển đổi, quang điện có thể là một yếu tố hữu ích trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu. Với Hệ thống nông nghiệp-PV, chúng ta có cơ hội tạo ra năng lượng tái tạo đồng thời duy trì nền nông nghiệp để chúng ta có thể tiếp tục sản xuất thực phẩm và nuôi sống nhân loại. Công nghệ này có tiềm năng sản xuất nhiều điện bằng 170 nhà máy điện hạt nhân cung cấp (về mặt lý thuyết), nếu công nghệ được triển khai trên quy mô lớn hơn.

Tấm pin mặt trời hai chiều gắn theo chiều dọc, có thể thu năng lượng mặt trời từ cả hai phía của tấm pin, được sử dụng để tạo ra nhiều đất canh tác hơn. Kiểu lắp đặt này sẽ hoạt động đặc biệt hiệu quả ở những khu vực bị xói mòn do gió, vì kết cấu làm giảm tốc độ gió có thể giúp bảo vệ đất và cây trồng ở đó. Các tấm hai mặt có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn trên mỗi mét vuông so với các tấm một mặt truyền thống và không yêu cầu bất kỳ bộ phận chuyển động nào.

Sử dụng đất kép: Cân bằng rủi ro và cơ hội

Quang điện nông nghiệp là một công nghệ tương đối mới đó có thể là một yếu tố chính trong quá trình chuyển đổi năng lượng. Tiềm năng của công nghệ này là rất lớn nhưng cũng có những rào cản cần phải được giải quyết để nó được chấp nhận. Để lắp đặt 215 gigawatt PV vào năm 2030, sửa đổi EEG đã đưa ra một số điều cần thực hiện. Điều này bao gồm phí bảo hiểm công nghệ là 1,2 xu mỗi kilowatt giờ, nhưng các chuyên gia cho rằng điều này có thể là chưa đủ.

Hà Lan là nhà xuất khẩu thực phẩm lớn thứ hai trên toàn cầu và một công ty có tên “GroenLeven”, một công ty con của tập đoàn BayWa có trụ sở tại Munich, Đức, đã bắt đầu một số dự án thí điểm với nông dân trồng trái cây địa phương. Họ đã chuyển đổi ba ha trang trại mâm xôi rộng bốn ha ở Babberich, Hà Lan, thành trang trại nông điện công suất 2 MW.

Cây mâm xôi được trồng trực tiếp dưới các tấm pin mặt trời, được đặt thành hàng xen kẽ hướng đông và tây, tối đa hóa năng suất mặt trời đồng thời bảo vệ cây khỏi gió. Số lượng và chất lượng trái cây sản xuất trong hầm nhựa tương đương hoặc tốt hơn so với trái cây sản xuất trong hầm nhựa truyền thống, người nông dân đã tiết kiệm được rất nhiều công sức quản lý trong hầm nhựa. Một lợi ích đáng kể khác là nhiệt độ dưới các tấm pin mặt trời mát hơn vài độ, giúp công nhân nông trại cảm thấy dễ chịu hơn và giảm lượng nước tưới xuống 50% so với cánh đồng tham chiếu.

Ưu điểm của AgroSolar

Bằng cách loại bỏ sự cạnh tranh về đất đai giữa cây lương thực và cây năng lượng, công nghệ mới cho phép tăng đáng kể hiệu quả sử dụng đất – hiện lên tới 186% (theo tuyên bố của AgroSolar).

Thuận lợi của hệ thống kép như AgroSolar đã tuyên bố:

Mỗi hệ thống quang điện nông nghiệp đều tùy chỉnh và linh hoạt, phù hợp với quy mô của khu vựcloại cây trồng và điều kiện địa chất.
Nông nghiệp-PV bảo vệ cây trồng và thu hoạch từ các hiện tượng thời tiết cực đoan như nắng nóng, hạn hán, mưa lớn, mưa đá và gió.
Nông nghiệp máy móc có kích cỡ khác nhau vẫn có thể sử dụng bình thường trong hệ thống quang điện nông nghiệp.
Yêu cầu về nước của các khu vực nông nghiệp có thể được giảm tới 20%và khả năng giữ nước của đất tăng lên.
Carbon–Nông nghiệp: Với Agri-PV, mùn được kiểm soát có thể được hình thành, giảm nhu cầu phân bón và cho phép lưu trữ nhiều CO2 hơn trong đất.
Việc sử dụng Agri-PV tăng năng suất cây trồngmang lại thu nhập cao hơn cho người kinh doanh nông nghiệp.
Linh hoạt và có lợi nhuận: Ngoài việc đầu tư hệ thống riêng, AgroSolar Europe còn đưa ra mô hình cho thuê nên doanh nghiệp nông nghiệp không tốn nhiều công sức với việc lắp đặt và bán điện.

Nông điện có tiềm năng trở thành một chiến lược thắng lợi để đáp ứng nhu cầu của chúng ta nhu cầu năng lượng Và giảm tiêu thụ nước ở những vùng nóng và khô cằn trên thế giới.

Những hạn chế lớn nhất hiện nay khi nói đến AgroSolar là gì?

Mặc dù Agri-PV có nhiều lợi thế, chẳng hạn như cung cấp mái nhà cho một khu vực và sử dụng đất kép, có nhược điểm điều đó cần phải được xem xét. Bao gồm các chi phí cao hơn, sự cần thiết phải cân đối sản xuất nông nghiệp với sản xuất điện, Và mối quan tâm bảo vệ đất.

Tuy nhiên, sự phản kháng của cộng đồng đối với nông điện là điều quan trọng để kiểm soát, đặc biệt là điện nông nghiệp giả, đó là phương pháp xây dựng các trang trại năng lượng mặt trời lớn dưới vỏ bọc nông nghiệp. Các quy tắc, quy định và sự quan liêu cũng có thể cản trở hoạt động nông nghiệp và điều cần thiết là phải duy trì sự hỗ trợ phù hợp của địa phương. EU coi các hệ thống nông điện là cấu trúc vật chất và cần phải có giấy phép xây dựng. Chi phí cho mỗi kWh cho nông điện có thể cao hơn 10-20% so với các công viên năng lượng mặt trời truyền thống, điều này đặt ra câu hỏi ai là người sở hữu các tấm pin mặt trời. Nếu không có sự can thiệp của chính phủ thông qua trợ cấp hoặc đảm bảo giá cả, nông điện có thể không có cơ hội chống lại các sáng kiến năng lượng mặt trời khác. Agrivoltaics có tiềm năng giúp chúng ta cung cấp lương thực và chuyển đổi sang các nguồn năng lượng sạch hơn mà không phải hy sinh đất canh tác, đặc biệt nếu chúng ta có thể chuyển đổi đất hiện đang được sử dụng để trồng cây nhiên liệu sinh học thành đất để sản xuất thực phẩm cho con người hoặc trồng rừng.

Tôi cũng đã hỏi đồng nghiệp Người hâm mộ AgroSolar Lukas trên twitter để chia sẻ một số suy nghĩ về các hạn chế và chúng tôi ở đây:

Quản lý dòng chảy nước tốt. Ví dụ: Máng xối có công suất đủ lớn, có thể tự động làm sạch ở các gờ dẫn đến bể chứa để tưới tiêu
Cơ sở dữ liệu Về cái gì phát triển tốt thế nào với nông năng lượng mặt trời: Cơ sở dữ liệu không liên quan nhiều đến vật lý, nhưng điều quan trọng là không phải tất cả các loại cây trồng đều phát triển tốt hơn với ánh nắng mặt trời ít khắc nghiệt hơn. Ít đáng sợ hơn nhiều đối với nông dân.
Hợp tác với điện bán địa phương để khí đốt đệm kho các giải pháp: Công nghệ bổ sung chuyển đổi năng lượng sang khí bằng thùng chứa không bịt kín bề mặt có thể là một lựa chọn tốt có thể mở rộng theo mô-đun. Vì cuối cùng đã đẩy công nghệ năng lượng mặt trời vượt xa những gì tôi gọi là “rào cản giá điện âm mặt trời đỉnh cao“. Rào cản đó đã hiện hữu một chút và có thể sớm trở nên tồi tệ hơn.