loader image

Агриволтаици – електроенергия от земеделска земя

д-р Георги Димитров, главен асистент в Агрономически факултет към Лесотехнически университет

Земеделието използва огромно количество ресурси, за да произвежда храна за хората и животните. На първо място са водата и земята. Според Орегонския университет за аграрни науки около 85% от водата на Земята се използва за напояване, а над 1/3 от всички парникови газове се свързват със земеделието.

В същото време нуждата от храна се увеличава заради нарастването на населението. Прогнозите са, че до 2050 година ще се наложи почти да удвоим производството на храна, за да отговорим на нуждите. Наред с това достъпът до храна задължително трябва да претърпи промени, а също и разхищението, на което така сме свикнали в повечето развити страни. Хранителните вериги са сложни, много динамични, не много устойчиви и не винаги справедливи на този етап.

Ако се обръща внимание само на един проблем в селското стопанство, вместо на комбинацията от фактори, от които то зависи, няма да се стигне до никъде. Всъщност, ще се стигне, но до нищо добро.

Да разгледаме само водата – с настоящите практики и увеличаващия се недостиг на жизненоважната течност до 2050 година няма да можем да осигурим дори нивото на настоящото производство на храна, камо ли да го удвоим.

В същото време днес се притесняваме повече за лимита на изкопаемите горива, цената им за джоба ни и за последиците от тях за околната среда. Ако статуквото остане, вероятно в близко бъдеще ще разглеждаме недостига на храна повсеместно, което от своя страна може да причини социални вълнения и потенциален икономически колапс.

Земеделието винаги се е адаптирало към условията на средата и нагаждало към търсенето. Фермерите се стремят да работят по най-модерния, най-иновативния начин и постигат невероятен прогрес. Сетете се за ралото и животинските сили, използвани само до преди няколко века. Днес, тракторите са снабдени с автопилот, GPS навигация, климатик, радио и какво ли още не, а младите агрономи са на мнение, че без техника и модерни „играчки“ земеделие не може да се прави.

Химията дава също своя дан, предвид все по-агресивните ПРЗ-та, преименуването им, за да останатат на пазара, но със същите активни вещества или пък тоталното им отричане и забраняване, но на парче. За припомняне – съдбата на ДДТ и последствията от неговата масова употреба.

Хвърляме бърз поглед и към селекцията, а също и към намесата по един или друг начин в гените на продоволствените растения и животни. Отричането от обществото поради неразбиране не спира работата на учените в това сравнително непознато направление. А всичко ново и непознато е страшно, но дали наистина е така? Как мислите, ГМО вредни ли са или бъдещето е в тях?

В стремежа си към надграждане и прилагане на иновативни технологии за производство на храна, стигнахме до космоса. Но не само, за да се опитаме да отгледаме растения там, а и за да уловим енергията, която той излъчва. Енерията е фундамент на модерните технологии във всяко едно направление на живота ни.

Вода, енергия, земя са крайъгълните камъни на модерната цивилизация и земеделие и докато много от отделните пера са усвоили тези компоненти по отделно, има и такива, които успяват да ги комбинират. Време е да поспрем за момент и да погледнем с нови очи на взаимодействията и връзките още от основата.

Агриволтаиците са поредната нова технология, която земеделците по цял свят могат да приложат. Създадените комбинирани полета вече дават или са дали търсените резултати – подобряване в производството на храна, намаляване разходите и разхищението на вода, а в същото време се създава енергия от възобновяем източник, слънцето. Освен това, от една и съща площ се добиват и храна, и енергия, без едното да пречи на другото, дори напротив. С други думи една и съща енергия се използва два пъти.

Според проучване на гореспоменатия университет, едва 1% от производствените площи в САЩ ще задоволят поставените цели за възобновяема енергия и ще пестят вода, с което създават устойчива хранителна верига в дълъг период от време. Панелите спомагат ефективно растежа и развитието на растенията в условия на занижени разходи на вода.

Как се случва? Растенията имат лимит относно това колко слънчева радиация могат да уловят, усвоят и преобразуват в „гориво“ за собствените си нужди. Нарича се точка на насищане на светлината. Веднъж достигната, количеството светлина над тази граница не води до повишаване на жизнените процеси, фотосинтезата, растежа, плодообразуването и т.н., а само увеличава нуждата от вода на растенията. Реакцията е активна транспирация или по-просто казано, растенията започват да се „потят“, за да се охладят, следователно се стига до завишаване на разходите на вода.

Соларните панели се позиционират така, че до растенията да достига необходимото количество светлина, а останалото да се преобразува в електрическа енергия. Доказано е, че монтирани над растителност те произвеждат повече ток, отколкото, ако такава няма. Растенията отдолу охлаждат панелите и те стават по-продуктивни. Опитът показва 10% по-ефективна работа на инсталацията.

Пример за симбиоза между растенията, природата, климата и технологиите сочи ползи за всички страни и дори подобрение в сравнение със самостоятелното им използване. От една страна получаваме качествена продукция, а от друга – електричество, като същевременно пестим вода и намаляваме въглеродните емисии.

Тази възможност позволява дори на малките семейни ферми да си стъпят на краката, да намалят разходите и да избегнат банкрут, изправени пред настоящите икономически предизвикателства. Произведеното електричество може да се използва за нуждите в самото стопанство, за електрически трактори и други машини, да оптимизира методики за прецизно изразходване на водата, нейното съхранение и т.н. Излишната енергия може да бъде съхранена в батерии или насочена към електропреносната мрежа за употреба от широк кръг потребители.

Осъществява се тройна печалба от комбинирането на трите фундаментални елемента на живота – храна, вода, енергия.

Учени и фермери се обединяват около твърдението,че агриволтаиците ще решат множеството проблеми свързани с водата и промяната в климата и ще доведат до по-устойчиво селско стопанство в дългосрочен план.

Съвместяването на двете производства е рядък шанс за истинска синергия – повече храна, повече енергия, намаляване разхищението на вода, намаляване количеството на парниковите газове и проспериращи селски общности. Агриволтаиците също са в съответствие с целите на зелената сделка, която има за цел да се справи с изменението на климата и икономическите неравенства.

Изследователите смятат, че широката употреба на агриволтаични системи ще отвори вратата за други устойчиви технологии. По техни сметки инвестицията се изплаща за не повече от 17 години предвид все още не добре разработените мрежи и инфраструктура, а може да се експлоатира над 35. Веднъж изградени, връзките и обмяната на опит между отделните производители, учените, бизнеса, електроразпределителните дружества и преносната мрежа ще намалят цената на първоначалната инвестиция, което се очаква да се случи в най-близко бъдеще. А после ще можем да решаваме и други проблеми.

До подобни заключения достигат и учени от университети в Аризона и Мериленд. В публикувана статия през 2019 година в Nature Sustainability, U.S. Department of Energy’s National Renewable Energy Laboratory’s (NREL) Джордан Макник и съавторите му изследват потенциала на двукомпонентната система волтаици и земеделска продукция. Според тях не е необходимо продоволствената и енергийната сигурност да бъдат конкуриращи се цели. Всъщност, приемането на холистичен, интегриран подход към вземането на решения храна-енергия-вода може да повиши устойчивостта както на хранителните, така и на енергийните системи.

Намаляването на естествените валежи и повишаването на температурата на световно ниво застрашават и селското стопанство, и производството на електроенергия от възобновяеми източници, били те вятър, вода или слънце. Недостигът на вода стимулира иновативни действия в селскостопанския сектор, докато екстремните метеорологични явления оказват влияние не само на него, но и на енергийните системи, намалявайки надеждността на производството. Именно тези отрасли имат огромно значение на глобално ниво.

Практиката за монтаж на фотоволтаици до сега беше панелите да се монтират върху чакълеста земна покривка, която допълнително се нагрява от слънцето, акумулира топлината и дори повишава температурата наоколо, създавайки своеобразен ефект на топлиенн остров. В следствие на това производителността им спада, защото са чувствителни на високи температури. Смяната на чакъл с растителност чрез стратегическо засаждане показва много по-добри резултати.

Модел, взаимстван от градския дизайн, доказващ значително намаляване на температурите в градската джунгла, на местата с растителност се прилага и в новите екосистеми за съвместно производство на храна и енергия върху земеделска земя и в условия на мащабно засушаване, като по този начин се цели оптимизиране на добивите и минимизиране на разходите и загубите.

Полевият експеримент включва отглеждане на сортове пипери и домати под фотоволтаични панели. Наблюдавани са нивата на осветеност, температурата и влажността на въздуха и в почвата с помощта на сензори, монтирани под и над повърхността на почвата. Експерименталната установка с инсталирани панели е сравнявана с контролна такава без. Напояването се извършвало по един и същи начин и по едно и също време и с еднакви количества вода.

Въпреки че въздействията варират в зависимост от вида на растението, изследователите откриват, че агроволтаичните системи имат обещаващи ползи за производството на храни, спестяването на вода и производството на възобновяема енергия. Намаляването на достъпа на пряка слънчева светлина под фотоволтаичните панели показва по-ниски температури на въздуха през деня и по-високи през нощта, което позволява на растенията под панелите да задържат повече влага от контролните култури, които растат на открито.

Резултатите от проучването включват:

Хранителна продукция

  • Общото производство на пипер е три пъти по-голямо в агроволтаичната система в сравнение с контролата.
  • Ефективността на използването на водата е 157% по-висока в агроволтаичната система.
  • За чери доматите ефективността на използване на водата е с 65% по-висока и общото производство на плодове се удвоява в агроволтаичната система.

Спестяване на вода

  • При напояване на всеки два дни, влагата в почвата остава приблизително 15% по-висока в агроволтаичната система.
  • При ежедневно напояване влажността на почвата в агроволтаичната система остава с 5% по-висока преди следващото поливане.

Подобрено производство на енергия от възобновяеми източници

  • Традиционните фотоволтаични панели монтирани на земята са значително по-топли през деня от тези монтирани над растителна покривка.
  • Агроволтаичните панели са по-хладни през дневните часове в сравнение с традиционния панел с приблизително 9°C, което позволява по-добра производителност.

Съвместното разполагане на фотоволтаични системи и селско стопанство може да предложи печеливши резултати в много сектори, увеличаване на производството на култури, намаляване на загубата на вода и подобряване на ефективността на фотоволтаичните масиви. Приемането на такива синергични пътища може да помогне за изграждането на устойчиви системи за производство на храни и енергия. Обещаващите резултати от тази работа ще имат положителни последици за това как слънчевата енергия и земеделието по целия свят могат да бъдат интегрирани, за да осигурят взаимни ползи.

Мярка 4 „Инвестиции в материални активи“ от Програмата за развитие на селските райони 2014-2020 г. (ПРСР) е подходящ начин за финансиране на едно такова начинание у нас. Допустими за финансиране са иновативни дейности, продукти и технологии.

Няколко примера за добри практики:

  • BayWa от Нидерландия е иновативна фотоволтаична система със съвместно отглеждане на плодове. Системата е най-голямата и сложна в Европа и комбинира производството на електрическа енергия и храна от 3,3 хектара малиново насаждение, като обединява социални, екологични и икономически ползи и постижения.
  • В Испания съвместяват производството на ток от слънчевата енергия с отглеждането на домати.
  • Италия залага на винопроизводство в комбинация с фотоволтаици.
  • Във Франция пък са разработили панели, които променят местоположението си чрез приплъзване по носещата си конструкция в зависимост от нуждите на отглежданите под тях растения.
  • Животновъдството също припознава комбинираното използване на земята. Става дума за разполагане на агриволтаици над площи използвани за паша на дребни селскостопански животни. В този случай не само тревните смески се облагодетелстват от засенчването, но и самоте животни.

Оставете коментар

Please enter your comment!
Please enter your name here

Агротехника

Последни новини

X
X