Νέα μεθοδολογία από επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο Mälardalen της Σουηδίας με στόχο τη βελτίωση των αναλογιών ισοδύναμων γης (LERs) σε φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις για αγροτικές καλλιέργειες σε όλη την Ευρώπη
Ερευνητές στη Σουηδία ανέπτυξαν μια νέα μεθοδολογία για τη βελτίωση των αγροβολταϊκών συστημάτων σε όλη την Ευρώπη, δείχνοντας ότι το βήμα της σειράς, ο τύπος του συστήματος και ο προσανατολισμός των πάνελ πρέπει να προσαρμόζονται στο τοπικό κλίμα, τις καλλιέργειες και τους κανονιστικούς περιορισμούς.
Τα ευρήματά τους παρουσιάστηκαν στο «Βελτιστοποίηση αγροβολταϊκών συστημάτων στο πλαίσιο του συνδέσμου νερού-ενέργειας-τροφίμων», που δημοσιεύτηκε στο Journal of Cleaner Production.
Σχετικά με το LER
Το LER είναι μια έννοια που χρησιμοποιείται στη γεωργία για τη μέτρηση της αποτελεσματικότητας των καλλιεργειών.
Ορίζει πόση γη θα χρειαζόταν υπό συνθήκες μονοκαλλιέργειας για να επιτευχθεί η ίδια απόδοση όπως και υπό συνδυασμένη χρήση.
Στις αγροβολταϊκές, το LER είναι κρίσιμο επειδή βοηθά στην ποσοτικοποίηση της ανταλλαγής μεταξύ σκίασης από ηλιακούς συλλέκτες και ανάπτυξης καλλιεργειών, ενώ παράλληλα λαμβάνει υπόψη την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
«Η απόδοση των αγροβολταϊκών εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το περιβάλλον, καθοδηγούμενη από τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ του τοπικού κλίματος, της επιλογής καλλιεργειών και του σχεδιασμού του συστήματος.
Οι καλλιέργειες που αντέχουν στη σκιά μπορούν να επωφεληθούν από πυκνότερες διαμορφώσεις φωτοβολταϊκών, ενώ οι πιο φωτοευαίσθητες καλλιέργειες απαιτούν μεγαλύτερες αποστάσεις και διαφορετικές διατάξεις. Αυτό σημαίνει ότι τα αγροβολταϊκά συστήματα δεν μπορούν να αναπτυχθούν ως τυποποιημένες λύσεις, αλλά πρέπει να προσαρμοστούν τόσο στην καλλιέργεια όσο και στις κλιματικές συνθήκες κάθε τοποθεσίας.
Οι κανονιστικοί περιορισμοί διαμορφώνουν σε μεγάλο βαθμό ποια αγροβολταϊκά σχέδια είναι πραγματικά βιώσιμα», εξήγησε περαιτέρω. «Πιο ευέλικτες, κλιματικά συνειδητοποιημένες πολιτικές επιτρέπουν πολύ καλύτερη απόδοση χρήσης γης από τα άκαμπτα όρια. Ταυτόχρονα, δεν υπάρχει ένα ενιαίο βέλτιστο αγροβολταϊκό σύστημα: ο σχεδιασμός αλλάζει ανάλογα με το αν δίνεται προτεραιότητα στο νερό, την ενέργεια ή τα τρόφιμα. Η μετατόπιση αυτών των προτεραιοτήτων μεταβάλλει ριζικά τη βέλτιστη γεωμετρία, συμπεριλαμβανομένης της απόστασης μεταξύ των σειρών, του τύπου συστήματος και του προσανατολισμού των πάνελ», δήλωσε στο pv-magazine.com ο Sebastian Zainali (επικεφαλής συντάκτης της έρευνας).
Εφαρμογή μεθοδολογίας της αγροβολταϊκής απόδοσης σε 3 ευρωπαϊκές τοποθεσίες
Η μεθοδολογία εφαρμόστηκε για την αξιολόγηση της αγροβολταϊκής απόδοσης σε 3 ευρωπαϊκές τοποθεσίες.
Αυτές είναι οι εξής: Kärrbo Prästgård (Σουηδία), Jeggeleben (Γερμανία) και Piacenza (Ιταλία), υπό διαφορετικές κλιματικές ζώνες και κανονιστικά πλαίσια.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν την πλατφόρμα Agri-OptiCE®, ένα συζευγμένο μοντέλο προσομοίωσης-βελτιστοποίησης που ενσωματώνει ένα μοντέλο ηλιακής σκίασης, ένα μοντέλο απόδοσης διφασικών φωτοβολταϊκών και ένα μοντέλο ανάπτυξης καλλιεργειών-μικροκλίματος, συνδεδεμένα μέσω ενός αλγορίθμου βελτιστοποίησης πολλαπλών στόχων.
Ένας γενετικός αλγόριθμος πολλαπλών στόχων (GA) εντόπισε βέλτιστα σχέδια συστημάτων, με την απόδοση να αξιολογείται χρησιμοποιώντας LER και αθροιστική εξατμισοδιαπνοή (ET), μια βασική μέτρηση που συνδέει την κατανάλωση νερού των καλλιεργειών, το μικροκλίμα και την απόδοση των φωτοβολταϊκών.
Οι μετρήσεις υπολογίστηκαν ετησίως και κατά μέσο όρο σε αμειψισπορές για να ληφθεί υπόψη η κλιματική μεταβλητότητα. Μια ανάλυση ευαισθησίας του βήματος των σειρών, του ύψους, του προσανατολισμού και του τύπου συστήματος απεικόνισε τις σχέσεις παραμέτρων-απόδοσης πέρα από τις εξόδους GA.
Απαιτήσεις σε Σουηδία, Γερμανία και Ιταλία
Εξετάστηκαν επίσης οι εθνικές αγροβολταϊκές οδηγίες.
Η Σουηδία περιορίζει την κατοχή γης στο 10% για την επιλεξιμότητα επιδότησης.
Η Γερμανία απαιτεί αποδόσεις καλλιεργειών άνω του 66% και απώλεια γης κάτω του 15%.
Η Ιταλία επιβάλλει πολλαπλά κριτήρια, όπως λιγότερο από 30% χρήση γης, πάνω από 60% απόδοση φωτοβολταϊκών και ύψος πάνελ άνω των 2,1 μέτρων.
Η κλίση της σειράς είναι η πιο κρίσιμη παράμετρος - Παραδείγματα
Η ανάλυση έδειξε ότι η κλίση της σειράς είναι η πιο κρίσιμη παράμετρος σχεδιασμού, επηρεάζοντας έντονα τη σκίαση, την παραγωγικότητα των καλλιεργειών και τη μεταβλητότητα της απόδοσης από έτος σε έτος, ενώ ο προσανατολισμός και το ύψος είχαν μέτριες επιπτώσεις.
Στο βασικό μοντέλο καλλιέργειας, οι κλίσεις άνω των 7 μέτρων συχνά παραβίαζαν τους περιορισμούς απόδοσης και κάλυψης, ενώ οι κλίσεις άνω των 10 μέτρων μείωναν την αποδοτικότητα χρήσης γης και την ενεργειακή παραγωγή ανά εκτάριο.
Μια κλίση σειράς 5-10 μέτρων παρείχε την καλύτερη ισορροπία, υποστηρίζοντας υψηλή πυκνότητα φωτοβολταϊκών και ενεργειακή παραγωγή, διατηρώντας παράλληλα επαρκές ηλιακό φως για τις καλλιέργειες για τη μεγιστοποίηση του συνολικού LER. Οι στενότερες κλίσεις αύξησαν την απόδοση των φωτοβολταϊκών, αλλά προκάλεσαν υπερβολική σκίαση, ενώ οι ευρύτερες κλίσεις μείωσαν τη σκίαση, αλλά άφησαν αχρησιμοποίητη γη, μειώνοντας τη συνολική απόδοση.
Διαπιστώθηκε ότι τα ενεργειακά επικεντρωμένα σχέδια στη Σουηδία αυξάνουν την παραγωγή φωτοβολταϊκών, αλλά περιορίζουν την απόδοση των καλλιεργειών, με τη χρήση νερού να συσχετίζεται θετικά με την απόδοση και αρνητικά με την απόδοση των φωτοβολταϊκών.
Από τι εξαρτώνται τα αποτελέσματα
Τα αποτελέσματα εξαρτώνται περισσότερο από τον τύπο περιορισμού παρά από την αυστηρότητα, με τα συστήματα ενός άξονα και τα εναέρια συστήματα συχνά να πληρούν τα όρια απόδοσης υπό διαφορετικά σενάρια.
«Συνολικά, αυτά τα αποτελέσματα παρέχουν ποσοτική καθοδήγηση σχεδιασμού υπό συγκεκριμένες υποθέσεις σχετικά με εφικτές αγροβολταϊκές διαμορφώσεις και δείχνουν ότι ο σχεδιασμός πολιτικής διαμορφώνει κρίσιμα το βιώσιμο πλαίσιο: οι υπερβολικά άκαμπτοι σύνθετοι περιορισμοί μπορούν να αποκλείσουν λύσεις, ενώ οι καλά στοχευμένοι, βασισμένοι σε στοιχεία κανόνες αφήνουν περιθώρια για βελτιστοποίηση ευαίσθητη στο περιβάλλον», κατέληξαν οι ακαδημαϊκοί.
www.worldenergynews.gr
