رشد محصولات در مزارع خورشیدی بازدهی را به همراه دارد

3 مارس 2023 – توسط بلین فریدلندر، دانشگاه کرنل- اعتبار: Unsplash/CC0 دامنه عمومی

بر اساس تحقیقات جدید کرنل، در ارتباط با مشکل تهدیدآمیز تغییرات آب و هوایی، رشد محصولات تجاری در مزارع خورشیدی استفاده بالقوه کارآمد از زمین های کشاورزی است که می تواند تولید غذای تجاری را افزایش دهد و عملکرد و طول عمر پنل های خورشیدی را بهبود بخشد.

این گروه تحقیقات جدیدی را در 15 فوریه در Applied Energy منتشر کرد.

هنری ویلیامز، نویسنده اصلی این مقاله گفت: ما اکنون برای اولین بار ابزاری مبتنی بر فیزیک برای تخمین هزینه‌ها و مزایای قرار دادن پانل‌های خورشیدی و کشاورزی تجاری از منظر افزایش راندمان تبدیل انرژی و طول عمر پنل‌های خورشیدی داریم.

مکس ژانگ، استاد دانشگاه سیبلی، نویسنده ارشد این مقاله، گفت: «سیستم‌های agrivoltaic – که در آن کشاورزی و پانل‌های خورشیدی همزمان وجود دارند – وجود دارد که خنک‌سازی غیرفعال را از طریق ارتفاع پانل‌های بلندتر، پوشش زمین انعکاسی بیشتر و نرخ تبخیر و تعرق بالاتر در مقایسه با مزارع خورشیدی سنتی فراهم کنند.» “ما می توانیم برق تجدید پذیر تولید کنیم و زمین های کشاورزی را از طریق سیستم های agrivoltaic حفظ کنیم.”

به عنوان مثال، در نیویورک، حدود 40 درصد از ظرفیت مزرعه خورشیدی در مقیاس کاربردی در زمین های کشاورزی توسعه یافته است، در حالی که طبق یک مطالعه تحقیقاتی قبلی از گروه Zhang، حدود 84 درصد از زمین هایی که برای توسعه خورشیدی در مقیاس کاربری مناسب تلقی می شود، کشاورزی است.

این گروه با استفاده از یک مدل ریز اقلیم مبتنی بر دینامیک سیالات محاسباتی و داده‌های دمای پنل خورشیدی، ارتفاع پنل خورشیدی، بازتاب نور زمین و نرخ تبخیر و تعرق (فرآیندی که در آن بخار آب از گیاهان و خاک بلند می‌شود) را ارزیابی کردند. آن‌ها دریافتند که سیستم‌های agrivoltaic به طور بالقوه می‌توانند به حل مشکلات آینده جهانی در زمینه انرژی غذایی کمک کنند.

مهندسان نشان دادند که پنل های خورشیدی نصب شده بر روی پوشش گیاهی افت دمای سطح را در مقایسه با آرایه هایی که بر روی زمین خالی ساخته شده اند نشان می دهند. پانل های خورشیدی در ارتفاع 4 متری بالای یک محصول سویا نصب شده بودند و ماژول های خورشیدی کاهش دما را تا 10 درجه سانتیگراد نشان دادند، در مقایسه با پنل های خورشیدی نصب شده در ارتفاع نیم متری از خاک لخت.

اثر خنک کنندگی ناشی از افزایش تبخیر و تعرق و آلبیدوی سطحی از پوشش گیاهی و خاک بسیار مهمتر از آن است که با ارتفاع بیشتر پانل ایجاد می شود. بر اساس این مقاله، خنک‌سازی غیرفعال در مقایسه با خاک یا شن در معرض راندمان پنل‌های خورشیدی را افزایش می‌دهد. اما بهتر از آن، کاهش دما منجر به بهبود طول عمر پنل خورشیدی و بهبود پتانسیل اقتصادی بلندمدت می شود.

ویلیامز گفت: “همانطور که دمای کارکرد پنل خورشیدی را کاهش می دهید، می توانید کارایی را افزایش دهید و طول عمر ماژول های خورشیدی خود را افزایش دهید.ما مزایای دوگانه ای را نشان می دهیم. ما طول عمر و راندمان تبدیل بهبود یافته را برای توسعه دهندگان خورشیدی نشان داده ایم.”

به گفته مؤسسه منابع جهانی، درک این مفهوم سودمند متقابل در زمان حساسی برای تولید محصولات کشاورزی صورت می‌گیرد، زیرا انتظار می‌رود تقاضای جهانی غذا تا سال 2050 تا 50 درصد افزایش یابد تا 10 میلیارد نفر را تغذیه کند. در عین حال، تسریع استفاده از انرژی های تجدیدپذیر برای کاهش تأثیر تغییرات آب و هوایی ضروری است.

در آب و هوای گرم مانند غرب ایالات متحده، مزارع agrivoltaic ایده آل خواهند بود.

ژانگ، همچنین مدیر دانشکده در مرکز کورنل اتکینسون برای آینده ای پایدار، گفت: «تا این مرحله، بیشتر مزایای سیستم های agrivoltaic حول مناطق آب و هوایی گرم و خشک بوده است. برداشتن گامی در جهت ارزیابی قابلیت زیست ولتاژهای کشاورزی در اقلیم نماینده شمال شرقی ایالات متحده در کاهش رقابت کاربری زمین که جهان با آن مواجه است.”