Какие существуют стандарты для агровольтаики?
Аккумуляторная батарея Challenger T105 (6V 180/208Ah)
Агрофотовольтаика — это развивающаяся отрасль, лидером которой является Китай. Это один из способов получения большого количества экологически чистой энергии без ущерба для производства продуктов питания.
Агровольтаика лучше всего подходит для выращивания специальных культур, таких как голубика, или для пахотного земледелия, предполагающего крупномасштабное фермерство. Мэтью Бервинд, руководитель группы по моделированию фотоэлектрических систем на крупных солнечных электростанциях в Институте систем солнечной энергии Фраунгофера ISE в Германии, так отзывается о специальных культурах: «Такие культуры нуждаются в надёжной защите от погодных условий. В традиционном сельском хозяйстве их часто размещают в больших пластиковых туннелях или, если речь идёт о выращивании ягод на открытом воздухе, в пластиковых сетках для защиты от града и непогоды. Так почему бы не заменить эти источники пластика солнечными панелями, которые могут обеспечить такую же или очень похожую защиту от непогоды?» Он добавляет: «Яблоневый сад занимает максимум один-два гектара, и, возможно, на этой площади можно разместить мегаватт солнечной энергии».
Помочь могут датчики и стандарты
У агрофотовольтаики есть ещё более широкий потенциал для использования на больших площадях, где выращивают пшеницу или травы на корм животным. «Использование больших участков земли для производства кормов для животных — это вариант ведения сельского хозяйства, который, по-видимому, хорошо подходит для агрофотовольтаики, поскольку травы в целом довольно теневыносливы. Поэтому создание вертикальных конструкций, похожих на заборы, которые позволяют повысить производительность на каждый установленный киловатт, кажется весьма привлекательным», — говорит он.
Одноосевой солнечный трекер позволяет перемещать фотоэлектрические панели в одном направлении, с востока на запад, следуя за движением солнца от восхода до заката. Бервинд объясняет: «Одноосевой трекер — это стандартная технология, которая используется во многих странах мира, особенно в регионах с высокой интенсивностью солнечного излучения. В регионах с низкой освещённостью они встречаются реже».
Он продолжает: «Когда вы находите такие комбинации, которые хорошо работают и в которых обе стороны сделки — фотосинтез и фотовольтаика — взаимодействуют друг с другом, это выгодное предложение, от которого все хотят отказаться. Сейчас по всей Европе появляются крупные коммерческие установки — системы мощностью 50 МВт. Я считаю, что это самая быстрорастущая отрасль».
Хотя для работы этих агрофотоэлектрических систем датчики не обязательны, они могут помочь, особенно если фермеры хотят получить максимальную отдачу от выращивания дорогостоящих культур. Бервинд говорит, что датчики фотосинтетически активной радиации могут быть чрезвычайно полезны при реализации крупномасштабных проектов. «Вам нужно знать, что деревья цветут, вам нужно знать, сколько света доступно, вам нужны датчики фотосинтетически активной радиации, и вам нужна возможность управлять этими фотоэлектрическими трекерами, что требует наличия большой системы управления и анализа данных».
МЭК ТК 47 публикует ключевые стандарты для проектирования, использования и повторного применения датчиков, позволяющие пользователям оценивать их эффективность. Например, в МЭК 62969-1 указаны требования к интерфейсу питания для автомобильных датчиков. Пока неясно, можно ли применять этот стандарт к сельскохозяйственным тракторам. В рамках широкого спектра электроники, которую она охватывает, система оценки качества МЭК IECQ позволяет оценивать производителей датчиков и связанных с ними поставщиков услуг на предмет соответствия согласованным международным стандартам.
Нужны ли новые стандарты в области фотовольтаики?
Джордж Келли, секретарь IEC TC 82, технического комитета, который разрабатывает стандарты для фотоэлектрических систем, говорит, что его экспертам нет необходимости разрабатывать специальные стандарты для агрофотоэлектрических решений. «У нас есть несколько рабочих групп, которые занимаются самими панелями, системами и другими компонентами, входящими в систему. Мы пересматриваем наши стандарты дважды в год и спрашиваем: «Есть ли у кого-нибудь потребность в новом или другом стандарте или требовании?» По сути, такой потребности нет. Существующие стандарты для обычных наземных солнечных электростанций вполне подходят для агроэнергетических целей. В панелях и остальной системе нет ничего особенного. Возможно, вы захотите разместить провода там, где животные не смогут их погрызть, или там, где фермер сможет работать под ними. Но базовая конструкция системы не отличается от других.
Технический комитет IEC TC 82 разработал около 200 стандартов для фотоэлектрических компонентов, таких как модули, инверторы, трекеры и разъёмы, в том числе, например, IEC 61215 и IEC 61730 для фотоэлектрических модулей. IEC 61724-1 определяет требования к датчикам освещённости. Также существуют стандарты для проектирования фотоэлектрических систем, систем управления качеством при строительстве фотоэлектрических электростанций, а также для проверки и тестирования.
Система оценки соответствия IEC, IECEE, реализует программу, которая предоставляет доступ к квалифицированным испытательным лабораториям для сертификации фотоэлектрических компонентов и модулей в соответствии с этими стандартами. Несмотря на обилие существующих стандартов, Бервинд считает, что существуют определённые сложности, связанные с агрофотоэлектрическими технологиями, которые в долгосрочной перспективе, возможно, придётся решать с помощью стандартов: «Это не так просто, как создать стандартную фотоэлектрическую систему, а затем запустить её в коммерческую эксплуатацию, чтобы она работала как в сельскохозяйственном, так и в фотоэлектрическом режиме. Как только вы попытаетесь это сделать, вы столкнётесь с множеством практических проблем. Они могут быть очень простыми, например, как проехать на тракторе между двумя большими массивами солнечных панелей». Нельзя допустить, чтобы тракторы врезались в солнечные панели, поэтому тракторам нужны какие-то системы обнаружения, и эта технология всё ещё находится в разработке. В Институте Фраунгофера мы изучаем более фундаментальные аспекты исследований и пытаемся лучше понять биологию растений, например, что происходит с определённым видом травы, малины или пшеницы, если их затенять. Изменение режима затенения, когда затеняется не только часть поля, но и тень перемещается с течением времени, влияет на растения. Тень — большая проблема для агрофотовольтаики.
Агровольтаика может помочь разрешить конфликты, связанные с землепользованием
На первый взгляд может показаться, что тропические и полузасушливые регионы лучше всего подходят для агровольтаики, но и менее солнечные места, такие как северная Европа, могут извлечь из неё пользу. Доктор Ричард Рэндл-Боггис, научный сотрудник норвежского SINTEF, работал с агровольтаикой в Восточной Африке, Норвегии, а также участвовал в проекте по моделированию для оценки пространственного потенциала агровольтаики в решении проблем землепользования в Великобритании. Он говорит, что в каждом из этих регионов есть свои проблемы, которые необходимо учитывать при разработке и внедрении технологии. «Например, основными проблемами для фермеров в Восточной Африке являются потеря воды и тепловой стресс, а приподнятые над землёй агровольтаические системы создают частичную тень, которая может смягчить эти проблемы».
«С другой стороны, в Северной Европе конфликты, связанные с землепользованием, становятся всё более острыми, — продолжает он. — Нам нужно сохранять сельскохозяйственные угодья и поддерживать фермеров, но в то же время нам необходимо быстро внедрять низкоуглеродные энергетические технологии, чтобы снизить зависимость от вредного ископаемого топлива. Фермерам и производителям и установщикам солнечных батарей нравится одно и то же: относительно ровные участки в солнечных районах. Это может привести к конфликтам между солнечными электростанциями и сельскохозяйственными угодьями. Агровольтаика — один из способов разрешения этого конфликта. Вертикальные двусторонние агроэнергетические системы позволяют одновременно производить продукты питания и электроэнергию на одном и том же участке земли с минимальным воздействием на урожайность. А теперь внедряются интеллектуальные инновации в области отслеживания работы солнечных панелей, которые позволяют сбалансировать и максимизировать выгоду для фермеров и производителей солнечной энергии, адаптируя их под конкретные потребности пользователей.
Индия — пример страны, залитой солнцем, которая могла бы извлечь выгоду из агроэнергетики. Однако всё не так просто. Земли в Индии обрабатывались семьями и деревнями на протяжении сотен лет, и для внедрения солнечной энергии требуется немало усилий.
В Индии, как и в случае с европейскими фермами, больше всего выиграют мелкие и средние фермеры, специализирующиеся на выращивании конкретных культур. «Они получают дополнительный доход от продажи энергии в сеть, и их сельскохозяйственная деятельность во многих случаях, будем надеяться, также эффективна, — говорит Бервинд. — Выгода действительно есть у небольших семейных систем, которые находятся в собственности и под управлением владельцев, потому что по мере увеличения масштабов инвестиционные затраты на солнечную систему становятся слишком высокими. Если говорить о системах промышленного масштаба, то это огромная индустрия».
У таких стран, как Индия, есть и другие причины для перехода к агроэнергетике. Тали Нишам-Мактирнан, аспирантка Школы географии, развития и окружающей среды Аризонского университета, изучает агроэнергетические системы как комплексную стратегию адаптации к изменению климата в полузасушливых регионах. Одно из направлений её исследований — как агроэнергетические системы в Индии могут снизить тепловой стресс у сельскохозяйственных рабочих; другими словами, как сами солнечные системы могут физически улучшить условия труда для тех, кто работает под ними.
Ещё одно применение агрофотовольтаики — перспективной технологии, для которой уже существует множество стандартов и, вероятно, потребуются новые, чтобы она получила ещё большее распространение по всему миру.