Войти
Помидоры под солнечными батареями в Дорнбирне, Австрия Agrivoltaics или agrophotovoltaics (APV ) совместно разрабатывает один и тот же участок земли как для солнечной фотоэлектрической энергии, так и для сельского хозяйства. Этот метод был первоначально разработан Адольфом Гетцбергером и Армином Застроу в 1981 году. Сосуществование солнечных панелей и сельскохозяйственных культур подразумевает разделение света между этими двумя типами производства. Овцы и некоторые сельскохозяйственные культуры могут извлечь выгоду из этих систем, включая производство фруктов.
В 1981 году Адольф Гетцбергер и Армин Застров были первыми, кто предложил концепцию двойного использования пахотных земель для производства солнечной энергии и выращивания растений с целью улучшения общего производства. Они обращались к продолжающейся дискуссии о конкуренции за использование пахотных земель между производством солнечной энергии и урожаем. Точка светонасыщения - это максимальное количество фотонов, поглощаемых растением. Поскольку большее количество фотонов не увеличивает скорость фотосинтеза, Акира Нагашима предлагает объединить фотоэлектрические системы и земледелие, чтобы использовать избыток света. Он разработал первые прототипы в Японии в 2004 году.
Термин «агрофотоэлектрический» был впервые использован в публикации в 2011 году. Эта концепция известна в мире под несколькими названиями: «агрофотоэлектрическая» в Германии, «агровольтаика» в Италии, «солнечная энергия» в Азии. Такие объекты, как фотоэлектрические теплицы, можно рассматривать как агроэлектрические системы.
Поскольку одной из целей сельскохозяйственных систем является сохранение сельскохозяйственных земель, обычно считается, что сельскохозяйственным производством в агроэнергетике нельзя пренебрегать. Ограничения на сельскохозяйственное производство варьируются от страны к стране в соответствии с законодательством или в зависимости от типа сельскохозяйственных культур и целей агроэлектрической системы (оптимизация объемов сельскохозяйственного производства, качества сельскохозяйственных продуктов, производства энергии...).
Япония была пионером в развитии агроэнергетики открытого грунта во всем мире с 2004 года. В период с 2004 по 2017 год более 1000 электростанций открытого грунта растения были разработаны в Японии.
В 2004 году в Японии Акира Нагашима разработал разборную конструкцию, которую он испытал на нескольких культурах. Съемные конструкции позволяют фермерам снимать или перемещать объекты в зависимости от севооборотов и их потребностей. С 2004 года разрабатываются все более крупные электростанции мощностью в несколько МВт с постоянными конструкциями и динамическими системами. Например, электростанция мощностью 35 МВт, установленная на 54 га посевов, была введена в эксплуатацию в 2017 году. Степень затемнения этой станции составляет 50%, что выше, чем 30% затенение, обычно используемое на японских агроэлектростанциях. Фермеры выращивают, среди прочего, женьшень, ашитабу и кориандр. Вскоре на острове Укудзима должна появиться солнечная электростанция мощностью 480 МВт, часть которой будет сельскохозяйственной. Проект находится на стадии изучения с 2013 года, и различные партнеры подписали соглашение о начале строительства в 2019 году.
Чтобы получить разрешение на использование солнечных батарей над посевами, японское законодательство требует, чтобы фермеры содержали не менее 80% сельскохозяйственного производства.
В 2016 году итальянская компания REM TEC построила агроэлектростанцию мощностью 0,5 МВт в округе Цзиньчжай, провинции Аньхой. Китайские компании разработали несколько ГВт солнечных электростанций, сочетающих сельское хозяйство и производство солнечной энергии, либо фотоэлектрические теплицы, либо установки в открытом грунте. Например, в августе 2016 года компания Panda Green Energy установила солнечные батареи над виноградниками в Турфане, Синьцзян Уйгурский автономный район. Электростанция мощностью 0,2 МВт была подключена к сети. В октябре 2017 года проект прошел аудит, и компания получила одобрение на развертывание своей системы по всей стране. Введены проекты в несколько десятков МВт. Например, в 2016 году в провинции Цзянси была установлена агроэлектростанция мощностью 70 МВт на сельскохозяйственных и лесных культурах. В 2017 году китайская компания Fuyang Angkefeng Optoelectronic Technology Co ； Ltd. установила испытательный полигон агроэлектрической электростанции мощностью 50 кВт в городе Фуян провинции Аньхой. Система использует новую технологическую концепцию для агроэнергетики (см. Ниже 0. Она была разработана в Институте передовых технологий Китайского университета науки и технологий в Хэфэе под руководством профессора Вэнь Лю, который является изобретателем этой новой технологии..
В течение 30 лет Elion Group пытается бороться с опустыниванием в регионе Кубуци. Среди используемых методов были установлены агроэлектрические системы для защиты сельскохозяйственных культур и производства электроэнергии. Что касается оборудования для пустынных районов, Ван You-Bao запатентовал в 2007 году систему затенения для защиты сельскохозяйственных культур в пустыне. Шторы оснащены солнечными батареями.
Южная Корея проводит первые испытания агроэлектрических электростанций, опираясь на японский пример с 2017 года. Agrivoltaic - одно из рассмотренных решений для увеличения доли возобновляемых источников энергии в структуре энергетики Кореи. Их цель - достичь 20% возобновляемых источников энергии в 2030 году по сравнению с 5% в 2017. Компания SolarFarm.Ltd построила первая агроэлектростанция в Южной Корее в 2016 году, производящая рис. С тех пор была разработана адаптированная для Кореи агроэлектрическая электростанция, которая постоянно проходит испытания. В январе 2019 года была создана Корейская агроэнергетическая ассоциация для продвижения и развития агроиндустрии Южной Кореи.
Университет Амити в Нойда, север Индии. В исследовании, опубликованном в 2017 году, рассматривается потенциал агривольтаизма для виноградников в Индии. Агроэлектрические системы, изучаемые в этой статье, состоят из солнечных панелей, вставленных между культурами, чтобы ограничить затенение растений. Это исследование предполагает, что агроэлектрические системы могут значительно увеличить доходы индийских фермеров.
Universiti Putra Malaysia, специализирующаяся на агрономии, в 2015 году начала эксперименты на плантациях Orthosiphon stamineus (чай Ява). Это стационарная конструкция, установленная на экспериментальной поверхности около 0,4 га.
Fraunhofer ISE развернула свою агроэлектрическую систему на креветочной ферме, расположенной в Бак Льеу в дельте Меконга. По данным этого института, результаты их пилотного проекта показывают, что потребление воды сократилось на 75%. Их система предлагала бы другие преимущества, такие как затенение для рабочих, а также более низкую и стабильную температуру воды для лучшего роста креветок.
В Европе в начале 2000-х годов были фотоэлектрические теплицы. появляются. Часть крыши теплицы заменяют солнечные батареи. В Австрии, а затем в Италии, агроэлектрические системы открытого грунта появились с 2007 года, за ними следуют Франция и Германия.
В 2004 году Гюнтер Чалоун предложил фотоэлектрическую систему слежения с системой тросовых стеллажей. Первый прототип построен в Южном Тироле в 2007 году на площади 0,1 га. Кабельная конструкция находится на высоте более пяти метров над землей. Новая система была представлена на конференции Intersolar 2017 в Мюнхене. Эта технология потенциально менее дорога, чем другие системы открытого месторождения, поскольку требует меньше стали.
В 2009 и 2011 годах агроэлектрические системы с фиксированными панелями были установлены над виноградниками. Эксперименты показали небольшое снижение урожайности и поздние сборы.
В 2009 году итальянская компания REM TEC разработала двухосную систему слежения за солнцем. В 2011 и 2012 годах компания «РЭМ ТЭК» построила несколько открытых агроэлектрических электростанций МВт. солнечные панели устанавливаются на высоте 5 м над землей для работы сельскохозяйственной техники. Покрытие фотоэлектрических панелей тенью составляет менее 15%, чтобы минимизировать влияние на посевы. Они первыми предлагают автоматизированные интегрированные системы затеняющих сеток в несущую конструкцию. REM TEC также разрабатывает двухосные солнечные системы слежения, интегрированные в структуру теплицы. Управление положением солнечных панелей оптимизирует микроклимат теплицы.
С начала 2000-х годов фотоэлектрические теплицы строятся во Франции. Проектировщики фотоэлектрических теплиц продолжают совершенствовать как сельскохозяйственное производство, так и производство электроэнергии. Например, концепция Agrinergie разрабатывалась Akuo Energy с 2007 года. Первые электростанции состояли из чередования культур и солнечных батарей. Новые электростанции - это теплицы. В 2017 году компания Tenergie начала развертывание фотоэлектрических теплиц с архитектурой, которая рассеивает свет, чтобы уменьшить контраст между световыми полосами и полосами затемнения, создаваемыми солнечными панелями.
С 2009 года INRA, IRSTEA и Sun'R работают над программой Sun'Agri. Первый прототип, установленный в поле с фиксированными панелями, построен в 2009 году на площади 0,1 га в Монпелье. Другие прототипы с 1-осевыми мобильными панелями были построены в 2014 и 2017 годах. Цель этих исследований - управлять микроклиматом, воспринимаемым заводами, и производить электроэнергию путем оптимизации положения панелей. и изучить, как радиация распределяется между культурами и солнечными батареями. Весной 2018 года в Tresserre в Pyrénées-Orientales построен первый агроэнергетический завод в открытом грунте Sun'R. Этот завод имеет мощность 2,2 МВт, установленную на 4,5 га виноградников. Он будет оценивать в широком масштабе и в реальных условиях эффективность системы Sun'Agri на виноградниках.
. В 2016 году компания Agrivolta специализировалась на агривольтах. После первого прототипа, построенного в 2017 году в Экс-ан-Прованс, Agrivolta разместила свою систему на участке Национального исследовательского института садоводства (Astredhor) в Йере. Agrivolta выиграла несколько инновационных премий Agrivolta представила свою технологию на CES в Лас-Вегасе в январе 2018 года.
В 2011 году Институт Фраунгофера ISE начал исследовательский проект по агроэлектростанции. Исследования продолжаются в рамках проекта APV-Resola, который начался в 2015 году и должен завершиться в 2020 году. Первый прототип мощностью 194,4 кВт строится в 2016 году на участке 0,5 га, принадлежащем кооперативному хозяйству Hofgemeinschaft Heggelbach в Хердвангене (Баден-Вюртемберг ). По их оценкам, такие структуры будут прибыльными без государственного финансирования после 2022 года.
Кафедра агрономии Орхусского университета приступила к исследовательскому проекту агроэлектрической системы в садах. в 2014 году.
В 2017 году Work-ing doo установила открытую электростанцию мощностью 500 кВт около Вировитица-Подравина. Агрономические исследования поддерживаются Осиекским университетом и школой сельскохозяйственной инженерии Слатины. Производство электроэнергии используется для оросительной системы и сельскохозяйственной техники. Вначале под прибором будут тестироваться адаптированные к оттенку культуры.
В Соединенных Штатах SolAgra заинтересовалась этой концепцией в сотрудничестве с отделом агрономии Калифорнийского университета в Дэвисе. Первая электростанция на 0,4 га находится в стадии разработки. Площадь 2,8 га используется в качестве контроля. Изучены несколько видов сельскохозяйственных культур: люцерна, сорго, салат, шпинат, свекла, морковь, мангольд, редис, картофель, руккола, мята, репа, капуста, петрушка, кориандр, фасоль, горох, лук-шалот, горчица... Также изучаются проекты для изолированных участков. Экспериментальные системы изучаются несколькими университетами: проект «Биосфера 2» в Университете Аризоны, проект Стокбриджской школы сельского хозяйства (Массачусетский университет в Амхерсте ).
В 2017 году в Чили были построены три агро-фотоэлектрические системы мощностью 13 кВтп. Целью этого проекта, поддерживаемого столичным регионом Сантьяго, было изучение растений, которым может быть полезно затенение агро-фотоэлектрической системы. Произведенная электроэнергия использовалась для энергоснабжение сельскохозяйственных объектов: очистка, упаковка и холодильное хранение сельскохозяйственной продукции, инкубатор для яиц... Одна из систем была установлена в районе с большим количеством отключений электроэнергии.
Там - это три основных типа агроэлектора, которые активно исследуются: солнечные батареи с пространством между ними для посевов, опорные солнечные батареи над посевами и парниковые солнечные батареи. Все три из этих систем имеют несколько переменных, используемых для максимального увеличения солнечной энергии, поглощаемой как в панели и посевы. Основной переменной, принимаемой во внимание в агроэлектрических системах, является угол наклона солнечных панелей, называемый углом наклона. Другими переменными, принимаемыми во внимание при выборе местоположения агроэлектрической системы, являются выбранные культуры, высота панелей, солнечное излучение в районе и климат района. Что касается установленных на ходу солнечных батарей над посевами, то с 2017 года существует новая технологическая концепция, которая сочетает в себе концентрацию фотоэлектрических элементов с агривольтаикой и мультиплексированием с разделением по длине волны.
Существуют различные конфигурации агроэлектрических устройств. Гетцбергер и Застров изучили условия оптимизации агроэлектрических установок. Эти условия, представленные в начале 1980-х годов, до сих пор служат отправной точкой при определении агроэлектрических систем:
Экспериментальные установки часто имеют контрольную сельскохозяйственную территорию. Контрольная зона эксплуатируется в тех же условиях, что и агроэлектрическое устройство, для изучения воздействия устройства на развитие сельскохозяйственных культур.
Самый простой способ - установить фиксированные солнечные панели на сельскохозяйственных теплицах, над открытыми полями или между открытыми полями. посевы. Можно оптимизировать установку, изменив плотность солнечных панелей или наклон панелей. В Японии агроэлектрические системы обычно состоят из разборных легких конструкций с легкими и небольшими солнечными панелями для снижения сопротивления ветру.
В более сложных конфигурациях агроэлектрическая система использует систему слежения. Панели солнечных батарей можно контролировать, чтобы оптимизировать их расположение для улучшения сельскохозяйственного производства или производства электроэнергии.
Первые динамические агроэлектрические устройства были разработаны в Японии. Панели регулируются вручную. Фермеры могут изменять положение солнечных панелей в зависимости от сезона или стадии развития сельскохозяйственных культур, чтобы увеличить или уменьшить затенение и выработку электроэнергии. Японские компании также разработали несколько более сложных систем. Например, для выращивания сельскохозяйственных культур используются системы, состоящие из столов (25 солнечных панелей), фиксированного двухосного трекера.
В 2004 году Гюнтер Чалоун предложил фотоэлектрическую систему слежения с системой веревочных стеллажей. Панели могут быть ориентированы для улучшения выработки электроэнергии или затенения сельскохозяйственных культур по мере необходимости. Первый прототип построен в 2007 году в Австрии. Компания REM TEC разместила несколько заводов, оборудованных системой двухосного слежения, в Италии и Китае. Они также разработали эквивалентную систему, используемую для сельскохозяйственных теплиц.
. Во Франции компании Sun'R и Agrivolta разрабатывают одноосные системы слежения. По словам этих компаний, их системы могут быть адаптированы к потребностям растений. Система Sun'R - это система слежения за осью восток-запад. По заявлению этой компании, используются сложные модели роста растений, прогнозы погоды, программное обеспечение для расчета и оптимизации. Устройство от Agrivolta оснащено обращенными на юг солнечными панелями, которые можно стереть с помощью раздвижной системы.
Компания Artigianfer разработала фотоэлектрическую теплицу, солнечные панели которой установлены на сдвижных ставнях. Панели могут следовать за курсом Солнца по оси восток-запад.
В 2015 году профессор Вэнь Лю из Университета науки и технологий в Хэфэе, Китай, предложил новую концепцию агро-гальваники: изогнутые стеклянные панели, покрытые дихроитной полимерной пленкой, избирательно пропускают длину волны солнечного света, которая необходим для фотосинтеза растений (синий и красный свет). Все другие длины волн отражаются и фокусируются на солнечных элементах концентрации для выработки электроэнергии. Для этого типа фотоэлектрической установки с концентрацией используется двойная система слежения. Эффекты тени, возникающие от обычных солнечных панелей над полем, полностью устраняются, так как растения всегда получают синюю и красную волны, необходимые для фотосинтеза. За этот новый тип агроэнергетики было присуждено несколько наград, в том числе цена RD100 в 2017 году.
Сложность таких систем состоит в том, чтобы найти режим работы, обеспечивающий хороший баланс между двумя типами производства в соответствии с к целям системы. Для точного управления панелями для адаптации затенения к потребностям растений требуются передовые агрономические навыки, чтобы понимать развитие растений. Экспериментальные устройства обычно разрабатываются в сотрудничестве с исследовательскими центрами.
солнечные панели агроэнергетики влияют на посевы и землю, которые они покрывают, не только в качестве тени. Два способа влияют на расход воды и тепло. Они также позволяют увеличить доход с акра. Например, виноградные фермы с подходящими интервалами могут увеличить доход в 15 раз.
В экспериментах по тестированию уровней испарения при PVP для теневыносливых культур огурцов и салат, поливаемый орошением, было обнаружено 14-29% экономии за счет испарения. Agrivoltaics может использоваться для сельскохозяйственных культур или территорий, где эффективность использования воды является обязательной.
Было проведено исследование тепла земли, воздуха и сельскохозяйственных культур ниже солнечные батареи на вегетационный период. Было обнаружено, что хотя воздух под панелями оставался стабильным, температура земли и растений была ниже. С повышением температуры в результате изменения климата это может стать важным для некоторых продовольственных культур. Кроме того, солнечные панели могут работать лучше из-за охлаждения, обеспечиваемого заводами.
Моделирование и исследования в области агроэнергетики показывают, что производство электроэнергии и теневыносливых культур не снижает продуктивность, что позволяет одновременно и одновременно производиться эффективно. Динеш и др. Было обнаружено, что урожай салата в агроэнергетике сопоставим с монокультурами. Agrivoltaics лучше всего подходит для растений, которые устойчивы к тени, с потенциально действующими культурами, такими как «арахис свиньи, люцерна, ямс, таро, маниока, сладкий картофель» вместе с салатом. Моделирование, выполненное Dupraz et al. обнаружили потенциал повышения продуктивности земель на 60-70%. Кроме того, Динеш и др. обнаружили, что стоимость вырабатываемой солнечной энергии электроэнергии в сочетании с теневыносливым растениеводством привело к увеличению экономической стоимости ферм более чем на 30% за счет использования агроэлектрических систем вместо традиционного сельского хозяйства. Было высказано предположение, что агроэнергетика будет полезна для яровых культур из-за микроклимата, который они создают, и побочного эффекта регулирования потока тепла и воды. Опыление можно улучшить с помощью насекомых, таких как пчелы.
Теневыносливые культуры обычно не выращиваются в промышленных сельскохозяйственных системах. Например, пшеница плохо себя чувствует в условиях низкой освещенности, а это означает, что они не будут работать с агро гальваникой. Агривольтаика пока не работает с теплицами. Были смоделированы теплицы с половиной крыши, покрытой панелями, в результате чего урожайность снизилась на 64%, а продуктивность панелей - на 84%.
