Co-locating Solar, Tanaman, Ternak dalam Proyek Agrivoltaic

Energi matahari merupakan inti dari model kelestarian lingkungan, tetapi tidak semua proyek dibangun dengan cara yang sama. Salah satu perhatian dalam pengembangan energi, baik terbarukan maupun tidak, adalah konsep “energy sprawl”, yaitu penyerahan lahan untuk produksi dan distribusi energi.

Lingkungan California memperkirakan surya di atap dapat mencegah pengembangan 148,000 hektar tanah versus model hanya skala utilitas yang dipasang di tanah. Hal ini didasarkan pada perkiraan penyebaran regulator negara sebesar 28,5 GW surya atap hingga tahun 2045 untuk memenuhi tujuan energi bersih. Itu adalah area sekitar setengah ukuran Los Angeles yang bisa dilestarikan.

Tenaga surya dipuji karena kemampuannya untuk diintegrasikan ke dalam lingkungan binaan, ditempatkan di atas atap, diintegrasikan ke dalam fasad bangunan, di carport, dll. Namun, untuk memenuhi tujuan dekarbonisasi yang agresif dan mencapai sistem energi terbarukan 100 persen, tenaga surya yang dipasang di tanah juga akan dibutuhkan. Di sinilah agrivoltaics, praktik co-locating produksi energi surya dengan fungsi pertanian, dapat dilakukan.

Penelitian oleh Oregon State University menemukan bahwa lokasi bersama tenaga surya dan pertanian dapat menyediakan 20 persen dari total pembangkit listrik di Amerika Serikat. Instalasi skala besar agrivoltaics dapat menyebabkan pengurangan tahunan sebesar 330,000 emisi karbon dioksida sementara "minimal" berdampak pada hasil panen, kata para peneliti.

Makalah tersebut menemukan bahwa area seukuran Maryland akan dibutuhkan jika agrivoltaic ingin memenuhi 20 persen pembangkit listrik AS. Itu sekitar 13,000 mil persegi, atau 1 persen dari lahan pertanian AS saat ini. Dalam skala global, diperkirakan 1 persen dari seluruh lahan pertanian dapat menghasilkan kebutuhan energi dunia jika dikonversi menjadi PV surya.

Biosfer 2

Agrivoltaics melakukan lebih dari sekadar melestarikan tanah dan memanfaatkan seluas satu acre. Ada sinergi antara susunan surya dan kegiatan pertanian di bawah ini.

Misalnya, tim peneliti dari Universitas Arizona, yang mengoperasikan pusat pengujian agrivoltaik di Biosphere 2, lingkungan "alami" dalam ruangan yang sepenuhnya mandiri, menemukan bahwa tanaman meningkatkan kinerja panel surya, dan panel surya meningkatkan hasil panen. di lingkungan yang kering.

Tim Biosphere menemukan bahwa keteduhan yang disediakan oleh sistem fotovoltaik mengurangi penguapan, yang berarti bahwa air akan bertahan lebih lama di permukaan dan tanaman pakan yang lebih baik daripada pertanian berbasis lahan terbuka. Hal ini tidak hanya menghemat air, tetapi juga membuat tanaman tumbuh lebih kuat, menghasilkan hasil panen yang lebih baik. Selain itu, ruang teduh yang disediakan oleh panel menyebabkan tanaman menyebar, mencari sinar matahari. Dalam uji coba, daun yang dinaungi agrivoltaik berukuran hampir dua kali lipat dari daun di udara terbuka.

Di iklim kering seperti yang mengelilingi Biosfer 2, seringkali ada terlalu banyak cahaya dan panas bagi tanaman untuk tumbuh dengan baik. Naungan panel membantu menciptakan kondisi yang lebih baik untuk tanaman. Hal yang sama berlaku untuk panel surya, yang menghasilkan lebih sedikit daya pada suhu tinggi. Fasilitas tenaga surya konvensional dapat menghilangkan semua vegetasi di bawahnya, yang, dalam susunan surya yang besar, menyebabkan efek yang dipelajari dari pulau panas.

Kelebihan energi matahari yang tidak diubah menjadi listrik dapat meninggalkan area tersebut dengan dua cara: panas laten atau panas sensibel. Sensible heat adalah jenis yang dapat kita rasakan, dan jenis yang merusak produksi solar PV. Panas laten adalah energi yang diserap oleh air di dekatnya, menguap menjadi uap. Dengan menambahkan tanaman di bawah iklim kering, Anda menambahkan lebih banyak penyerapan panas laten, menghilangkan tekanan panas dari panel, dan meningkatkan produksi dan siklus hidup.

Petani iklim kering juga dapat menikmati bekerja dengan agrivoltaik. Data awal dari pusat menunjukkan suhu kulit sekitar 20 derajat Fahrenheit lebih rendah dari pertanian terbuka.

proyek InSPIR

Laboratorium Energi Terbarukan Nasional (NREL) sedang menjajaki banyak kemungkinan untuk agrivoltiac, termasuk menempatkan ternak atau domba, tanaman, tanaman asli yang ramah penyerbuk, atau rehabilitasi tanah dan layanan ekosistem lainnya di sebidang tanah yang sama dengan susunan surya aktif.

Proyek penelitian utama NREL tentang agrivoltaik disebut Innovative Solar Practices Integrated with Rural Economies and Ecosystems (InSPIRE). Proyek InSPIRE mengembangkan kalkulator keuangan untuk mengukur manfaat dari praktik tersebut. Itu juga mengembangkan daftar praktik terbaik bagi mereka yang tertarik memasuki bidang ini. Selain itu, InSPIRE melacak semua situs agrivoltaik aktif di seluruh AS, yang dapat ditemukan di sini.

"Melalui pekerjaan kami, yang mencakup berbagai wilayah, konfigurasi, dan aktivitas pertanian, kami telah melihat begitu banyak hasil awal yang menjanjikan," kata Jordan Macknick, analis energi-air-tanah utama NREL dan penyelidik utama untuk proyek InSPIRE. "Sekarang, tantangan kami adalah mencari cara untuk meningkatkan dan mereplikasi kesuksesan ini."

NREL juga mengembangkan seperangkat lima prinsip dasar untuk sukses dalam agrivoltaik, yang disebut lima C:

Iklim, Tanah, dan Kondisi Lingkungan — Kondisi sekitar suatu lokasi harus sesuai untuk pembangkitan tenaga surya dan tanaman atau penutup tanah yang diinginkan.

Konfigurasi, Teknologi Tenaga Surya, dan Desain — Pilihan teknologi tenaga surya, tata letak lokasi, dan infrastruktur lainnya dapat memengaruhi segalanya mulai dari seberapa banyak cahaya yang mencapai panel surya hingga apakah sebuah traktor, jika diperlukan, dapat berjalan di bawah panel. "Infrastruktur ini akan dibangun selama 25 tahun ke depan, jadi Anda harus melakukannya dengan benar untuk penggunaan yang direncanakan. Ini akan menentukan apakah proyek berhasil," kata James McCall, peneliti NREL yang bekerja di InSPIRE.

Pemilihan tanaman dan Metode Budidaya, Desain Benih dan Vegetasi, dan Pendekatan Manajemen— Proyek agrivoltaik harus memilih tanaman atau penutup tanah yang akan tumbuh subur di bawah panel di iklim lokal mereka dan yang menguntungkan di pasar lokal.

Kompatibilitas dan Fleksibilitas — Agrivoltaik harus dirancang untuk mengakomodasi kebutuhan bersaing pemilik surya, operator surya, dan petani atau pemilik lahan untuk memungkinkan kegiatan pertanian yang efisien.

Kolaborasi dan Kemitraan — Agar proyek apa pun berhasil, komunikasi dan pemahaman antar kelompok sangat penting.

InSPIRE mewakili upaya penelitian agrivoltaik terbesar, terlama, dan terlengkap di dunia, mencakup 28 lokasi di 11 negara bagian AS, Puerto Rico, dan District of Columbia. Beberapa situs ini melibatkan penelitian langsung, beberapa melibatkan desain dan pertimbangan penelitian, dan beberapa melibatkan konsultasi dan pendampingan mitra yang berkelanjutan.

"Satu hal yang telah dilakukan InSPIRE dengan sangat baik adalah menciptakan komunitas orang-orang yang memiliki pemikiran berbeda tentang desain dan manajemen surya PV. Secara universal, setelah mendengar panggilan konferensi InSPIRE, para ilmuwan dan praktisi industri membagikan hasil mereka, ada energi dan optimisme yang luar biasa untuk tantangan ini dan peluang di depan kita," kata Rob Davis dari Connexus Energy, koperasi listrik terbesar di Midwest.