Ten system agroPV zwiększy potencjał plonów

Na terenie Chin wdrożono i przetestowano prototyp systemu agrofotowoltaicznego (agroPV), w którym naukowcy dostrzegają nie tylko możliwość generowania energii elektrycznej z obszarów rolnych, ale też potencjał zwiększenia plonów.

Grupa badaczy z Wydziału Optyki i Inżynierii Optycznej oraz Instytutu Innowacji Xiong’an Chińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii zbudowała prototyp systemu agrofotowoltaicznego, który ma dodatkową funkcję. Oprócz podstawowej działalności, jaką jest wytwarzanie energii elektrycznej, ma się przyczyniać do efektywnego wzrostu roślin, a nawet umożliwiać przyrost plonów.

Prototyp został wybudowany i przetestowany w chińskim mieście Fuyang w prowincji Anhui. System wykorzystuje rozwiązanie oparte na Spectral-Splitting Concentrator Agrivoltaics (SCAPV), co w wolnym tłumaczeniu można określić jako agrofotowoltaiczne koncentratory rozdzielające spektrum światła.

REKLAMA

Selektywność

Zasada działania SCAPV umożliwia transmisję wybranego widma światła (wybranego pasma) przez ogniwo w kierunku roślin. To określone pasmo wykorzystywane jest do wzrostu przebiegającego dzięki ciągłemu przeprowadzaniu procesu fotosyntezy, tj. przekształcania promieniowania słonecznego (przy wykorzystaniu dwutlenku węgla i wody) w glukozę (z produktem ubocznym w postaci tlenu). Wspomniana selektywna absorpcja odbywa się w zakresie światła niebieskiego, czerwonego i dalekiej czerwieni, ale istnieje również pewna elastyczność w zależności od budowy SCAPV.

Niewykorzystane do wzrostu roślin widmo promieniowania słonecznego docierające do powierzchni SCAPV może zostać wykorzystane do generacji ładunku elektrycznego.

Jak opisują badacze, próby terenowe systemu prototypowego (pow. 422,4 m2, moduły na trackerach) wykazały, że sprawność generowania ładunku elektrycznego (sprawność fotowoltaiczna systemu) wyniosła 9,9 proc. Co więcej, wyniki testów pokazały, że zastosowanie agrofotowoltaiki SCAPV w kontekście wyselekcjonowanego pasma widma do wzrostu roślin może dać efektywność lepszą niż poziom teoretycznej wydajności dla procesu fotosyntezy przebiegającej w warunkach naturalnych, który dla roślin C3 wynosi 4,6 proc., a dla roślin C4 – 6 proc. (zróżnicowanie roślin C3 i C4 jest spowodowane m.in. różnicami w procesie prowadzenia procesu fotosyntezy).

REKLAMA

Wysokie plony, niskie LCOE

Jak napisali w swojej pracy chińscy naukowcy, przeprowadzone próby terenowe pokazały również, że SCAPV może zwiększyć biomasę roślin o 13 proc. To dowodzi, że właściwe zarządzanie widmem światła i separowanie (selekcja) jego określonego zakresu może wesprzeć, a nawet przyspieszyć wzrost roślin.

Zwrócili również uwagę na niskie LCOE (ang. Levelized Cost of Energy), a więc średni koszt produkcji energii w całym cyklu funkcjonowania elektrowni fotowoltaicznej. LCOE ich zdaniem może wynosić 0,033 dol./kWh (około 0,13 zł/kWh). To czyni SCAPV technologią konkurencyjną kosztowo, zapewniając przewagę nad konwencjonalnymi farmami fotowoltaicznymi, stawianymi na gruntach ornych, dzięki jednoczesnemu generowaniu energii oraz zwiększaniu plonów. Ponadto zdaniem chińskich badaczy SCAPV jest skalowalną technologią, którą można wdrożyć przy użyciu tanich komponentów.

Wyniki swoich dotychczasowych badań naukowcy opublikowali w artykule: „Agrivoltaic system achieves 9.9% efficiency, LCOE of $0.033/kWh” w czasopiśmie „Energy Conversion and Management”.

* Ilustrację otwierającą pobrano z artykułu „Spectral-splitting concentrator agrivoltaics for higher hybrid solar energy conversion efficiency” autorstwa Zhisen Zhang, Fangxin Zhang, Wei Zhang, Ming Li, Wenjun Liu, Altyeb Ali Abaker Omer, Jianan Zheng, Xinyu Zhang, Wen Liu, zamieszczonego na stronie: www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0196890422013450.