Pe măsură ce se intensifică eforturile globale în vederea obținerii de emisii nete zero, oamenii de știință se orientează către o nouă metodă, agrivoltaica. Combinația dintre agricultură și energia solară. Ei vor să utilizeze această tehnică ca mijloc de reducere a emisiilor de carbon din producția alimentară. Dar optimizează în același timp atât randamentul culturilor, cât și producția de energie.
Conform unui raport recent al Grupului interguvernamental de experți privind schimbările climatice, sectoarele agricol și forestier sunt al doilea cel mai mare poluator (după sectorul energetic). Ele contribuie cu până la 22 % din totalul emisiilor globale de CO2.
O abordare inovatoare
„Agrivoltaicele reprezintă o abordare inovatoare a generării de energie regenerabilă. Care ar putea contribui la decarbonizarea industriei agricole”, a explicat Austin Kay de la Universitatea Swansea.
„În esență, agrivoltaicele sunt panouri solare (fotovoltaice) combinate cu cadre agricole. Care permit ca aceeași bucată de teren să fie utilizată pentru generarea de energie electrică, precum și pentru producția de alimente/cultivarea terenurilor.”
„Acest lucru ar putea fi la fel de simplu ca plasarea sistemelor fotovoltaice tradiționale, cum ar fi cele cu siliciu cristalin, pe câmpurile de animale. Sau ar putea implica abordări mai complexe, cum ar fi panouri solare plasate peste câmpurile de culturi sau medii de cultură protejate, cum ar fi serele, și politunelurile.”
Sistemul agrovoltaic
Impactul acestei abordări, chiar dacă este pusă în aplicare la o scară comparabil de mică sau locală, ar putea fi totuși uimitor.
„Acoperind doar 1% din suprafața sa agricolă actuală cu agrivoltaice, UE și-ar putea îndeplini obiectivele de capacitate pentru anul 2030 doar cu aceste dispozitive”, a declarat Kay. „Furnizând astfel energie generată la nivel local, sistemele agrivoltaice oferă o cale promițătoare de decarbonizare a industriei agricole. Și, dacă sunt realizate corect, acestea pot fi introduse fără a afecta negativ randamentul culturilor.”
Dar optimizarea sistemelor agrivoltaice este o sarcină dificilă. Care implică găsirea echilibrului corect între randamentul culturilor și generarea de energie solară. Acest lucru necesită o atenție deosebită la modul în care lumina este absorbită, reflectată sau transmisă prin instalația fotovoltaică. Dar și la eficiența cu care sistemul convertește lumina soarelui în energie electrică, toate acestea gestionează în același timp fluxul de căldură și energie.
Nevoia de lumină
„Panourile solare și culturile au ambele nevoie de lumină”, a adăugat Kay. „Echilibrarea cantității din această lumină utilizată de sistemele fotovoltaice și a cantității primite de culturi este o problemă complexă. Ea depinde de locație, de perioada anului, de cerințele de lumină ale culturii specifice, de nevoile oricăror insecte polenizatoare precum albinele și de mulți alți factori.”
„La latitudini mai mari, de exemplu, culturile au de obicei mai puțină lumină la dispoziție pe tot parcursul anului. Și, prin urmare, este probabil necesară o transmisie mai mare a luminii prin sistemul fotovoltaic. La latitudini mai mici, acest lucru este mai puțin îngrijorător. Deoarece efectele de umbrire pot fi de dorit, în special în timpul anotimpurilor mai calde.”
Corectarea detaliilor
Kay și echipa sa de colaboratori au încercat să evalueze producția anuală de energie a sistemelor fotovoltaice agricole utilizând diferite tipuri de materiale fotovoltaice și luând în considerare factori precum densitatea celulelor solare, locația și cultura ideală. Constatările lor oferă o bază pentru dezvoltarea unor sisteme mai mari care să țină seama de nevoile culturilor și de factorii de mediu. Dar se concentrează, în același timp, pe eficiența energetică și pe principiile termodinamicii.
„Ne folosim de National Solar Radiation Database (NSRDB) găzduită de National Renewable Energy Laboratory (NREL) pentru a extrapola rezultatele obținute în laborator la scenariile din lumea reală”, a declarat Paul Meredith, coautor al studiului. „NSRDB deține informații care sunt esențiale pentru determinarea performanțelor fotovoltaice realiste. Cum ar fi temperatura și iradierea solară”.
Prin combinarea datelor din lumea reală privind lumina solară și temperatura cu modele detaliate, cercetătorii au comparat performanța sistemelor fotovoltaice pe bază de semiconductori organici cu sistemele fotovoltaice tradiționale pe bază de siliciu.
Sistemele fotovoltaice organice
Sistemele fotovoltaice organice sunt fabricate din compuși organici (adică pe bază de carbon). Și sunt de obicei semitransparente. Acest lucru înseamnă că pot fi ușor integrate în sistemele fotovoltaice agricole. Capacitatea lor de a permite trecerea luminii le face ideale pentru serele avansate. În timp ce sistemele fotovoltaice din siliciu, deși sunt mai eficiente în conversia luminii solare în energie electrică, sunt opace și blochează lumina. Iar în acest fel limitează utilizarea lor în mediul agricol.
Există și avantajul suplimentar că proprietățile optice ale sistemelor fotovoltaice pe bază de semiconductori organici pot fi mai ușor adaptate.
„Lacunele lor optice și proprietățile de transmisie pot fi ajustate prin structura lor chimică. În acest fel permit atribuirea unui material optim în funcție de cerințele de lumină ale unei anumite culturi”, a explicat Ardalan Armin, conducătorul proiectului.
„Sistemele fotovoltaice pe bază de semiconductori organici sunt, de asemenea, ușoare și flexibile. Permit modernizarea structurilor și a politrucilor mai vechi. Aceștia ar putea să nu suporte greutatea sistemelor fotovoltaice tradiționale pe bază de siliciu”, a adăugat el, informează advancedsciencenews.com