Согласно новому исследованию Корнелла, в условиях угрожающей проблемы изменения климата выращивание коммерческих культур на солнечных фермах является потенциально эффективным использованием сельскохозяйственных земель, которое может как увеличить коммерческое производство продуктов питания, так и улучшить производительность и долговечность солнечных панелей.

Группа опубликовала новое исследование 15 февраля в Applied Energy.

«Теперь у нас впервые есть основанный на физике инструмент для оценки затрат и выгод от совместного размещения солнечных панелей и коммерческого сельского хозяйства с точки зрения повышения эффективности преобразования энергии и долговечности солнечных панелей», — сказал ведущий автор Генри Уильямс. , докторант Корнеллского машиностроения.

«Существует потенциал агроэлектрических систем, в которых сосуществуют сельское хозяйство и солнечные панели, для обеспечения повышенного пассивного охлаждения за счет большей высоты панелей, большей отражающей способности почвенного покрова и более высокой скорости эвапотранспирации по сравнению с традиционными солнечными фермами», — сказал старший автор Макс Чжан, профессор Сибли . Школа машиностроения и аэрокосмической инженерии: «Мы можем генерировать возобновляемую электроэнергию и сохранять сельскохозяйственные угодья с помощью агроэлектрических систем».

В Нью-Йорке, например, около 40% мощностей солнечных электростанций коммунального масштаба было построено на сельскохозяйственных землях , в то время как около 84% земель, считающихся подходящими для строительства солнечных электростанций коммунального масштаба, являются сельскохозяйственными, согласно предыдущему исследованию группы Чжана. .

Используя модель микроклимата на основе вычислительной гидродинамики и данные о температуре солнечных панелей, группа оценила высоту солнечных панелей, светоотражающую способность земли и скорость эвапотранспирации (процесс, при котором водяной пар поднимается над растениями и почвой). Они обнаружили, что агроэлектрические системы потенциально могут помочь решить будущие глобальные продовольственно-энергетические проблемы.

Инженеры показали, что солнечные панели, установленные над растительностью, обнаруживают перепады температуры поверхности по сравнению с теми, которые установлены над голой землей. Солнечные панели были установлены на высоте 4 метра над урожаем сои, и солнечные модули показали снижение температуры на 10 градусов по Цельсию по сравнению с солнечными панелями, установленными на полметра над голой почвой.

Охлаждающий эффект из-за повышенной эвапотранспирации и альбедо поверхности от растительности и почвы более значителен, чем эффект, вызванный большей высотой панели; а пассивное охлаждение повышает эффективность солнечных панелей по сравнению с открытой почвой или гравием, согласно статье. Однако, что еще лучше, перепады температуры приводят к увеличению срока службы солнечных панелей и увеличению долгосрочного экономического потенциала.

«Снижая рабочую температуру солнечных панелей, вы можете повысить эффективность и увеличить срок службы ваших солнечных модулей, — сказал Уильямс. — Мы показываем двойную выгоду. С другой стороны, мы продемонстрировали увеличение срока службы и повышение эффективности преобразования для разработчиков солнечной энергии».

Понимание этой взаимовыгодной концепции приходит в критический момент для сельскохозяйственного производства , поскольку ожидается, что к 2050 году глобальный спрос на продукты питания вырастет на 50%, чтобы накормить 10 миллиардов человек, по данным Института мировых ресурсов. В то же время необходимо ускорить внедрение возобновляемых источников энергии, чтобы смягчить последствия изменения климата.

В жарком климате, как на западе Соединенных Штатов, агроэлектрические фермы были бы идеальными.

«До сих пор большая часть преимуществ агроэлектрических систем была связана с зонами с жарким и засушливым климатом», — сказал Чжан, также являющийся директором факультета Кэти Дуайер Марбл и Курта Марбла в Центре устойчивого развития Корнелла Аткинсона. сделать шаг к оценке жизнеспособности агровольтаики в климатических условиях, характерных для северо-востока США, в ослаблении конкуренции за землепользование, с которой сталкивается мир».