Аккумулятор TROJAN T105
В своей последней ежемесячной колонке для журнала pv IEA PVPS представляет подробный обзор недавно опубликованного отчёта «Двойное использование земель для сельского хозяйства и производства солнечной энергии: обзор и эффективность агровольтаических систем». 91-страничное руководство было разработано в рамках проекта IEA PVPS Task 13.
В новом отчёте IEA PVPS Task 13 под названием «Двойное использование земель для сельского хозяйства и производства солнечной энергии: обзор и эффективность агровольтаических систем» изложена убедительная концепция того, как солнечная энергия и сельское хозяйство могут не только сосуществовать, но и процветать вместе. В условиях растущего давления с целью декарбонизации энергетической системы при сохранении пахотных земель и биоразнообразия агровольтаика быстро становится жизненно важным путём к устойчивому развитию.
Одно решение двух кризисов
Агрофотовольтаика — практика совместного размещения фотоэлектрических (ФЭ) систем и сельскохозяйственной деятельности — решает две важнейшие проблемы: потребность в чистой энергии и сохранение плодородных сельскохозяйственных угодий. Поскольку наземные ФЭ-установки часто подвергаются критике за то, что занимают сельскохозяйственные угодья, агрофотовольтаика предлагает беспроигрышную альтернативу.
Как подчёркивается в отчёте, агровольтаика может повысить устойчивость сельского хозяйства к изменению климата, защищая сельскохозяйственные культуры от экстремальных погодных условий, что может привести к лучшему удержанию влаги и даже к созданию мест обитания, поддерживающих биоразнообразие. Эта двойная функция делает агровольтаические системы особенно актуальными в условиях усиления климатических явлений и продолжающегося роста населения планеты.
Глобальные тенденции и технологическое разнообразие
От компактных надземных систем в Японии, предназначенных для садоводства, до крупномасштабных межпространственных систем в США, ориентированных на выпас скота и опыление растений, — в отчёте освещается огромное количество потенциальных сфер применения агрофотовольтаики. К 2021 году агрофотовольтаика выросла с 5 МВтп в 2012 году до 14 ГВтп по всему миру благодаря активной государственной поддержке в таких странах, как Франция, Германия, Италия и Китай.
Различные конфигурации агрофотоэлектрических систем существенно отличаются друг от друга. Наземные системы, межпространственные фотоэлектрические установки и интеграция в теплицы — каждая из них имеет свои уникальные преимущества и сложности в проектировании. А поскольку методы ведения сельского хозяйства в разных странах мира сильно отличаются друг от друга, универсального подхода не существует. Таким образом, наиболее важным вопросом является тщательное согласование типов сельскохозяйственных культур и конструкций систем с климатом.
Разъяснения
Важным выводом из отчёта является сложность, присущая интеграции сельского хозяйства и энергетики — двух совершенно разных отраслей. Такое сближение практик, целей и терминологии требует обширного взаимодействия и сотрудничества. Поскольку это новая система интеграции фотоэлектрических систем, которая характеризуется экспоненциальным ростом рынка и вовлекает множество участников с потенциально противоположными целями, в отчёте отмечается, что согласование определений и уточнение целей являются важнейшими первыми шагами.
В то время как в политических и научных кругах широко используются различные термины, такие как «совместное использование солнечной энергии», «агровольтаика» и «агросолнечная энергетика», для описания этих систем всё чаще используется термин «агровольтаика». Однако в разных странах определения остаются непоследовательными, и этот вопрос необходимо решить.
Более того, отношение к агровольтаике сильно различается. В то время как одни заинтересованные стороны рассматривают её как инновацию в области землепользования, ориентированную на энергию, другие подчёркивают её сельскохозяйственный потенциал. Чтобы объединить эти точки зрения, в отчёте подчёркивается необходимость создания платформ с участием многих заинтересованных сторон, проведения междисциплинарных исследований и разработки прозрачных критериев оценки.
Моделирование и инструменты имитационного моделирования
Чтобы сделать агрофотовольтаику максимально эффективной, перед установкой необходимо смоделировать и спрогнозировать производительность сельскохозяйственных и фотоэлектрических систем. Это необходимо для обеспечения оптимальной конструкции и работы системы.
Для моделирования взаимодействия между фотоэлектрическими панелями и сельскохозяйственными работами можно комбинировать различные подходы к моделированию, от симуляции излучения и анализа затенения до моделей урожайности и гидрологии почвы. Однако моделирование усложняется при учёте таких параметров, как географическое положение, тип сельскохозяйственной культуры и местный климат. Крайне необходимы интегрированные инструменты, которые могут гибко комбинировать эти переменные.
Рамки эффективности и ключевые показатели эффективности
Для поддержки последовательных усилий по оценке в отчёте предлагается комплексная система оценки эффективности агровольтаических систем. В основе этой системы лежат несколько ключевых показателей эффективности (KPI), в том числе:
- Коэффициент земельного эквивалента (LER): измеряет совокупную производительность сельского хозяйства и энергетики по сравнению с их индивидуальной производительностью на отдельных земельных участках.
- Удельная производительность (кВт·ч/кВт): показывает выработку электроэнергии на установленную мощность фотоэлектрических систем.
- Производительность воды (WP): оценивает эффективность использования воды при выращивании сельскохозяйственных культур с помощью фотоэлектрических панелей.
Эти ключевые показатели эффективности предлагают важные инструменты бенчмаркинга для оценки не только двойной эффективности agrivoltaics, но и ее компромиссов и синергии.
Операционные проблемы и мониторинг
Агривольтаические системы требуют тщательного мониторинга из-за взаимосвязей между их различными компонентами. Например, затенение, вызванное солнечными батареями, может повлиять на рост сельскохозяйственных культур, а сельскохозяйственная деятельность может увеличить износ инфраструктуры солнечных батарей. Поэтому системы мониторинга должны одновременно отслеживать урожайность сельскохозяйственных культур, выработку электроэнергии, переменные микроклимата и потребности в обслуживании системы.
К операционным проблемам также относятся более высокая сложность и риски технического обслуживания и ремонта, проблемы безопасности в животноводческих системах, а также логистические трудности, связанные с координацией между фермерами и операторами энергосистем. В отчёте рекомендуется использовать адаптивные системы мониторинга и регулярно анализировать данные, чтобы предотвратить снижение производительности.
Правовые и социально-экономические аспекты
Правовая база для агровольтаики по-прежнему разрозненна. Как отмечается в докладе, в таких странах, как Франция, Япония и США, отсутствуют согласованные процессы выдачи разрешений и чёткие классификации землепользования.
Схемы стимулирования также различаются. Некоторые страны предлагают льготные тарифы или налоговые льготы для проектов в области агровольтаики, в то время как в других странах до сих пор не проводится различие между стандартными фотоэлектрическими и системами двойного назначения. В докладе предлагается политика поддержки, основанная на результатах, которая поощряет как преобразование энергии, так и производительность сельского хозяйства.
С социально-экономической точки зрения агровольтаика может улучшить жизнь в сельской местности за счёт диверсификации источников дохода и снижения уязвимости к климатическим рискам. Однако успешное внедрение зависит от раннего вовлечения заинтересованных сторон, особенно землевладельцев и сельскохозяйственных сообществ.
Намечая путь вперед
Агривольтаика — всё ещё молодой сектор, и в нём остаётся много нерешённых проблем, таких как потребность в интегрированных инструментах моделирования и неопределённость в вопросах эксплуатации и технического обслуживания, а также долгосрочной производительности. Тем не менее, как ясно из отчёта, возможности огромны. Подход двойного назначения может сыграть преобразующую роль в достижении климатических целей, сохранении экосистем и повышении производительности сельского хозяйства в условиях глобального потепления.
Будущие исследования и политика должны быть направлены на уточнение определений агрофотовольтаики, разработку стимулов, основанных на результатах, и финансирование междисциплинарных исследований для восполнения пробелов в знаниях. Сосредоточившись на проектировании, мониторинге и сотрудничестве, агрофотовольтаика может перейти от экспериментальных пилотных проектов к общепринятым решениям в области энергетики и сельского хозяйства.
По мере роста нагрузки на земельные ресурсы агровольтаика предлагает многообещающий план: солнечные панели не только вырабатывают энергию, но и помогают возделывать землю, на которой они установлены.