Jaki wpływ na efektywność upraw ma agrofotowoltaika?

Naukowcy przeprowadzili eksperyment, uprawiając sześć rodzajów warzyw na gruntach pokrytych fotowoltaiką o różnej transparentności. W nadchodzących latach oczekuje się znacznego zwiększenia instalacji w sektorze agrofotowoltaiki (agroPV).

Naukowcy z Colorado State University przeprowadzili terenowe badania mające na celu sprawdzenie wpływu agrofotowoltaiki na wydajność plonów. Zbadano plon sześciu roślin w różnych warunkach uzależnionych od typu modułów fotowoltaicznych zainstalowanych na obszarach przeznaczonych pod uprawę roślin. Panele  fotowoltaiczne różniły się transparentnością.

Warunki eksperymentu

Obserwacje prowadzono w trakcie dwóch sezonów wegetacyjnych (2020/2021) na terenie Centrum Badań, Rozwoju i Edukacji Rolniczej Colorado State University. Znajduje się ono na wysokości 1523 m n.p.m. Obszar obejmuje 3,4 ha certyfikowanego gruntu specjalnie przeznaczonego do badań i demonstracji upraw warzywnych.

REKLAMA

W badaniu wykorzystano eksperymentalną instalację modułów fotowoltaicznych składającą się z różnych paneli. Pierwsza grupa to były cienkowarstwowe półprzezroczyste moduły chińskiego producenta Advanced Solar Power o transparentności 40 proc i mocy 57 W. Wymiary modułu wynosiły 1200 x 600 x 7 mm.

Drugi rodzaj zastosowanego modułu to nieprzezroczysty JKM325PP-72 Jinko Solar. Jego wymiary wynosiły 1956 x 992 x 41 mm, a moc 325 W. Ostatni testowany moduł to bifacjalny model LR6-72BP-360M firmy Longi, który miał przezroczystość około 5 proc. i moc znamionową 360 W.

Przez cały sezon wegetacyjny zestawy były ustawione pod kątem 35 st. w kierunku południowym. Pod tym kątem dolna krawędź modułów była umieszczona 1220 mm nad ziemią, podczas gdy tylna krawędź osiągnęła wysokość 2360 mm nad ziemią. Każda z działek uprawowych, zarówno te z zestawami PV, jak i działki kontrolne, miała szerokość 4,3 m z odstępem 4,3 m między sąsiednimi działkami.

Gatunki upraw testowane w 2020 r. obejmowały dwie odmiany papryki (Capsicum annuum ‘Ace F1’ i ‘Early Jalapeño’), cukinię (Cucurbita pepo ‘Early Prolific Straightneck’) i sałatę (Lactuca sativa ‘Capitata’). W 2021 r. odmiany papryki, sałaty i cukinii pozostały takie same, aby ukończyć dwuletnie badanie. W 2021 r. dodano dwie odmiany pomidorów (Solanum lycopersicum ‘Tasmanian Chocolate’ i ‘Red Racer’).

REKLAMA

Zależy, co uprawiamy

W ramach eksperymentu zauważono, że w najgorętszym miesiącu roku maksymalne temperatury powietrza zostały obniżone pod wszystkimi typami paneli fotowoltaicznych. Konkretne wyniki plonów różniły się w zależności od rodzaju uprawy i lokalizacji w systemie agrofotowoltaicznym, co można przypisać różnym warunkom oświetlenia przy różnych zabiegach i rozmieszczeniu rzędów.

Zgodnie z wynikami cukinia pod wszystkimi trzema typami modułów wykazywała znacznie niższe plony w porównaniu do wyników odnotowanych dla tej rośliny na działce kontrolnej. Na działce kontrolnej, w warunkach pełnego słońca, cukinia dała średni plon około 5,1 kg na roślinę. W przypadku modułów o transparentności 40 proc. plon wyniósł średnio 4,1 kg. Dla pozostałych dwóch rodzajów modułów plon wyniósł średnio 3,2 kg na roślinę.

Pozostałe warzywa miały takie same lub wyższe średnie plony w porównaniu z próbami kontrolnymi z działek bez fotowoltaiki.

Zdaniem badaczy wyniki eksperymentu pokazują potencjał agrofotowoltaiki. Jak twierdzą, dalsza optymalizacja układu z półprzezroczystymi modułami PV może zwiększyć produkcję rolną. Wskazują, że potrzebne są dalsze badania, aby lepiej zrozumieć ekonomiczne kompromisy między zwiększoną przezroczystością modułu w porównaniu z produkcją warzyw przy jednoczesnym uwzględnieniu zwiększonej wydajności energetycznej z pojemności modułu.

Dotychczasowe wyniki prac badacze opisali w artykule: „Vegetable crop growth under photovoltaic (PV) modules of varying transparencies” opublikowanym w „Heliyon”.

Radosław Błoński