Επιστήμη 29.07.2023 13:08

Και οι καλλιέργειες θέλουν το…φωτοβολταϊκό τους!

Φωτογραφία: Unsplash

Η χρήση ηλιακών πάνελ στη γεωργία για ταυτόχρονη παραγωγή τροφίμων και ηλεκτρικής ενέργειας αποτελεί τάση παγκοσμίως. Μελέτες, μάλιστα, δείχνουν ότι ορισμένες καλλιέργειες αναπτύσσονται καλύτερα κάτω από φωτοβολταϊκά.

Αφήσατε ποτέ σε μια γωνιά του κήπου σας ένα τραπέζι ή ένα οποιοδήποτε αντικείμενο που να δημιουργεί ίσκιο; Αν ναι, μήπως παρατηρήσατε στον ίσκιο του να φυτρώνουν κάποια χόρτα και να προκόβουν; Στην πραγματικότητα πολλές καλλιέργειες αναπτύσσονται καλύτερα σε ίσκιο για αυτό τώρα ειδικοί στον τομέα της φωτοβολταϊκής τεχνολογίας πειραματίζονται, σκιάζοντας σκόπιμα με ηλιακά πάνελ μεγάλες καλλιεργήσιμες εκτάσεις.

Αυτή η πρακτική καλλιέργειας αγροτικών προϊόντων στον ίσκιο των ηλιακών συλλεκτών ονομάζεται αγροβολταϊκή γεωργία (agrivoltaic)-ουσιαστικά συνιστά τη διπλή χρήση γης για γεωργία και για παραγωγή ενέργειας-και αυτή τη στιγμή κατακτά χώρο σε πολλές περιοχές του πλανήτη.

Σύμφωνα με επιστημονικές μελέτες, η αγροβολταϊκή γεωργία όχι μόνο μπορεί να βοηθήσει στην κάλυψη των αναγκών διάφορων περιοχών σε τρόφιμα και ενέργεια, αλλά μπορεί να μειώσει την εξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα και τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου σε βάθος χρόνου.

Χαρακτηριστική είναι η περίπτωση του Καναδά, όπου σύμφωνα με μια πρόσφατη επιστημονική δημοσίευση η χώρα διαθέτει τεράστιο αγροβολταϊκό δυναμικό καθώς είναι μια παγκόσμια γεωργική δύναμη, με τους στόχους εξαγωγής των τροφίμων που παράγει να υπολογίζονται στα $ 75 δισ έως το 2025. Πολλές καλλιέργειες της χώρας, συμπεριλαμβανομένου του καλαμποκιού, του μαρουλιού, της πατάτας, του μπρόκολου, της πιπεριάς, του σπανακιού, της ντομάτας, του σιταριού και του χόρτου βοσκής έχει ήδη αποδειχθεί ότι ευδοκιμούν κάτω από τα αγροβολταϊκά.

Η ανάλυση του κύκλου ζωής των αγροβολταϊκών, διαπιστώνει ότι αυτά τα ηλιακά αγροκτήματα εκπέμπουν 69,3% λιγότερα αέρια θερμοκηπίου και απαιτούν 82,9% λιγότερη ενέργεια από ορυκτά καύσιμα συγκριτικά με χωριστές φάρμες παραγωγής τροφίμων και ηλιακής εκμετάλλευσης.

Η χρήση αγροβολταϊκών στον Καναδά θα μείωνε εντελώς την ανάγκη ορυκτών καυσίμων. Λιγότερο από το 1% της καναδικής γης θα ήταν αρκετό για να υποστηρίξει πάνω από το 25% των αναγκών ηλεκτρικής ενέργειας της χώρας χρησιμοποιώντας αυτό το σύστημα.

Αυτό με τη σειρά του θα μπορούσε να βοηθήσει τη χώρα να φανεί συνεπής στις δεσμεύσεις της για μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου αυξάνοντας το μερίδιο μη εκπομπών της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στο 90% έως το 2030.

Μελέτες από όλο τον κόσμο έχουν δείξει ότι οι αποδόσεις των καλλιεργειών αυξάνονται όταν σκιάζονται μερικώς από ηλιακούς συλλέκτες. Η αύξηση της αποδοτικότητας οφείλεται στο μικροκλίμα που δημιουργείται κάτω από τα ηλιακά πάνελ, το οποίο εξοικονομεί νερό και προστατεύει τα φυτά από τον υπερβολικό ήλιο, τον άνεμο, το χαλάζι και τη διάβρωση του εδάφους. Η διάταξη παράγει περισσότερα προϊόντα ανά στρέμμα και θα μπορούσε να συμβάλει στη μείωση των τιμών των τροφίμων.

Οι επιλογές κάθετου ή κινητού ηλιακού πάνελ επιτρέπουν σε φυτά όπως το καλαμπόκι ή το σιτάρι να αναπτύσσονται ψηλά, αλλά και στα τρακτέρ να κάνουν ελιγμούς γύρω από τις καλλιέργειες. Έξω από τα χωράφια, τα ηλιακά πάνελ μπορούν επίσης να προσαρτηθούν σε στέγες θερμοκηπίων ή ενδεχομένως ακόμη και να επιπλέουν σε υδάτινες κατασκευές.

american public power association XGAZzyLzn18 unsplash

Από την Κορέα έως την Αφρική

Σύμφωνα με τα στατιστικά στοιχεία του Διεθνούς Οργανισμού Ενέργειας (International Energy Agency, IEA), η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές στη Νότια Κορέα παραμένει η χαμηλότερη μεταξύ των χωρών του ΟΟΣΑ. Αυτό συμβαίνει επειδή η Κορέα έχει όρια στην επέκταση της βιομηχανίας ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και επειδή η χερσαία της έκταση είναι σχετικά μικρή, καθώς το 70% της καλύπτεται από βουνά. Επιπλέον, ενώ η μεγάλης κλίμακας παραγωγή ανανεώσιμης ενέργειας για τις εθνικές ενεργειακές απαιτήσεις πρέπει να ικανοποιηθεί, μπορεί ταυτόχρονα να προκαλέσει προβλήματα στο περιβάλλον, δηλαδή διάβρωση του εδάφους ή κατολισθήσεις.

Για την επίλυση αυτών των προβλημάτων, έχει δοθεί προσοχή σε ένα σύστημα αγροβολταϊκών που μπορεί να διευκολύνει τόσο τη γεωργία όσο και την παραγωγή ανανεώσιμης ενέργειας με την τοποθέτηση φωτοβολταϊκών πάνελ σε καλλιεργήσιμες εκτάσεις. Ερευνητές στο Εθνικό Πανεπιστήμιο Chonnam στη Νότια Κορέα καλλιεργούν τώρα μπρόκολο κάτω από φωτοβολταϊκά πάνελ, τα οποία είναι τοποθετημένα 3–4 μέτρα πάνω από το έδαφος για να δημιουργηθεί χώρος για τρακτέρ ή άλλα γεωργικά μηχανήματα, με κλίση 30° για να συλλαμβάνουν αποτελεσματικά το φως του ήλιου προς τα νότια. Λόγω του χώρου μεταξύ των ηλιακών συλλεκτών, ορισμένες καλλιέργειες μπορούν να συλλάβουν το ηλιακό φως απευθείας από τον ήλιο, ενώ άλλες μπορούν να τοποθετηθούν στη σκιά των ηλιακών συλλεκτών. Αυτή η σκιασμένη περιοχή μεταβάλλεται κατά τη διάρκεια της ημέρας καθώς ο ήλιος μετακινείται. Κάθε καλλιέργεια έχει διαφορετικά σημεία κορεσμού φωτός. Φυτά όπως οι ντομάτες, οι μελιτζάνες και τα αγγούρια έχουν 45-70 Klux σημεία κορεσμού φωτός, ενώ τα σταυρανθή όπως το μπρόκολο, τα λάχανα έχουν 11 Klux.

Μια μελέτη σε αυτό το έργο διαπίστωσε ότι η ποιότητα του μπρόκολου που παράχθηκε στη σκιά των φωτοβολταικών δεν υστερούσε σε τίποτα από εκείνη του μπρόκολου που καλλιεργείται με τον παραδοσιακό τρόπο. Ούτε υπήρξε κάποια σημαντική αλλαγή στη γεύση του. Οι Κορεάτες ερευνητές διαπίστωσαν επίσης ότι το εν λόγω μπρόκολο είχε μια πιο βαθιά απόχρωση του πράσινου, που το καθιστά πιο ελκυστικό για πολλούς καταναλωτές.

Στην Ανατολική Αφρική τα αγροβολταϊκά συστήματα επιτρέπουν στους αγρότες να κάνουν καλύτερη χρήση της γης σε περιοχές που προηγουμένως θεωρούνταν μη βιώσιμες. Σε ένα έργο αγροβολταϊκών στην Κένυα, το οποίο υποστηρίζεται από το πανεπιστήμιο Sheffield χρησιμοποιούνται ηλιακοί συλλέκτες που τοποθετούνται αρκετά μέτρα ψηλά από το έδαφος, με κενά μεταξύ τους. Ο ίσκιος των πάνελ προστατεύει τα λαχανικά από τη θερμική καταπόνηση και από την απώλεια νερού. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα οι αγρότες να μπορούν να καλλιεργούν μεγαλύτερη ποικιλία προϊόντων υψηλότερης αξίας. Το έργο συλλέγει αποτελεσματικά και διπλάσια τη δύναμη του ήλιου, λένε οι ερευνητές. Εν τω μεταξύ, στην Κίνα τα αγροβολταϊκά χρησιμοποιούνται για την αντιστροφή της ερημοποίησης, για να πρασινίσουν πρώην ερήμους.

Πιλοτικές εγκαταστάσεις φωτοβολταϊκών μονάδων σε γεωργικές εκτάσεις εφαρμόστηκαν και από τους Ιάπωνες το 2004, σύμφωνα με την Kateryna Zviereva , που είναι Διευθύντρια Ανάπτυξης της Ουκρανικής Εταιρείας Οπωροκηπευτικών (UHA) και σύμβουλος του Οργανισμού Τροφίμων και Γεωργίας των Ηνωμένων Εθνών (FAO).

Για την Ουκρανία, η «ηλιακή γεωργία» ή τα αγροβολταϊκά είναι μια νέα κατεύθυνση. Ενώ αυτός ο τύπος γεωργίας θεωρείται πολλά υποσχόμενος, ενεργειακά αποδοτικός και κερδοφόρος στον κόσμο, οι Ουκρανοί αγρότες αγνοούν την καινοτομία. Πολλά έργα πάγωσαν λόγω του πολέμου που εξαπέλυσε η Ρωσία στην Ουκρανία. Το μοναδικό αγρόκτημα στην Ουκρανία που χρησιμοποιεί τα αγροβολταϊκά βρίσκεται στην περιοχή Zhytomyr κοντά στην πόλη Berdychiv. Η ουκρανική επιχείρηση Teslaagro, έστησε μια αγροβολταϊκή μονάδα όπου καλλιεργούνται βατόμουρα και εκτρέφονται πρόβατα. Αυτό δεν είναι μόνο αμοιβαία επωφελές αλλά και ζωτικής σημασίας.

markus spiske O70hwncRDC8 unsplash

Επιθετική επέκταση των αγροβολταϊκών

Οι γεωργικές βιομηχανίες στην Ευρώπη, την Ασία και τις Ηνωμένες Πολιτείες επεκτείνουν επιθετικά τα αγροβολταϊκά αγροκτήματα με ευρεία δημόσια υποστήριξη.

Μέχρι σήμερα η Ολλανδική εταιρεία BayWare έχει αναλάβει αρκετά πιλοτικά έργα αγροβολταϊκών σε όλη την Ολλανδία και τη Γερμανία, τα οποία έχουν βοηθήσει στην εμβάθυνση της τεχνογνωσίας του κλάδου. Αυτά τα έργα επικεντρώθηκαν στο σιτάρι, την πατάτα, το σέλινο, τα βατόμουρα, τα κόκκινα φραγκοστάφυλα, τα σμέουρα, τις φράουλες και τα βατόμουρα.

Η ανάλυση δεδομένων έδειξε ότι τις ζεστές μέρες, οι συνθήκες κάτω από τα πάνελ ήταν περίπου δύο έως πέντε βαθμούς ψυχρότερες από τις παραδοσιακές μεθόδους καλλιέργειας. Η λιγότερη θερμική καταπόνηση και η εξάτμιση από το έδαφος μειώνουν τη ζήτηση νερού. Επιπλέον, τη νύχτα, η θερμότητα διατηρείται ακόμη καλύτερα από ό,τι κάτω από τα πλαστικά καλύμματα που χρησιμοποιούν επί του παρόντος οι αγρότες για να προστατεύσουν τα μούρα από το κρύο (που θα μπορούσε ενδεχομένως να μειώσει τη χρήση πλαστικού στα αγροκτήματα).

Η πρωτοβουλία της Endesa στην Ισπανία δημιουργεί κοινή αξία με την κοινότητα βελτιστοποιώντας τη συνύπαρξη και τη συνεργασία μεταξύ του γεωργικού και κτηνοτροφικού τομέα και των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Εκεί η αγκινάρα και το μπρόκολο καλλιεργούνται σε χωράφια με ηλιακούς συλλέκτες. Σε μια άλλη πρωτοβουλία, που προωθείται από τον όμιλο Enel, περιλαμβάνονται πέντε πιλοτικά έργα για τους ηλιακούς σταθμούς Carmona (Σεβίλλη), Totana (Μούρθια), Valdecaballeros και Augusto (Badajoz) και Ανδόρα (Teruel). Αυτά τα έργα περιλαμβάνουν καλλιέργειες, φωτοβολταϊκά πάνελ και μελίσσια!

Ένα πιλοτικό έργο βρίσκεται επίσης σε εξέλιξη στη Γαλλία, με περισσότερα από 5.000 ηλιακά πάνελ να βρίσκονται τοποθετημένα πάνω από ένα αγρόκτημα στη βορειοανατολική πόλη Amance. Τα πάνελ όταν συνδεθούν στο δίκτυο θα μπορούν να παράγουν ισχύ 2,5 μεγαβάτ σε ώρες αιχμής, όπως αναφέρει το Euronews.

Σε μια άλλη πιλοτική εγκατάσταση που στήθηκε στην αμπελουργική περιοχή στο Piolenc, στη Γαλλία, 600m² από τα 1.000m² φυτεμένα αμπέλια καλύφθηκαν από το δυναμικό αγροβολταϊκό τους σύστημα. Ως αποτέλεσμα, η ζήτηση νερού μειώθηκε κατά 12-34% για τα προστατευμένα αμπέλια χάρη στη μείωση της εξατμισοδιαπνοής. Επιπλέον, το αρωματικό προφίλ του σταφυλιού βελτιώθηκε στο αγροβολταϊκό στήσιμο, με 13% περισσότερες ανθοκυανίνες (κόκκινες χρωστικές) και με 9-14% περισσότερη οξύτητα.

Έρευνες στις αγροτικές ΗΠΑ, από το Μίσιγκαν έως το Τέξας, δείχνουν ότι το 81,8% των ερωτηθέντων υποστηρίζουν την ανάπτυξη ηλιακών πάνελ στην κοινότητά τους εάν ενσωματωθεί η γεωργία. Οι κάτοικοι της υπαίθρου γενικά αρέσκονται στην ιδέα της διατήρησης των γεωργικών θέσεων εργασίας, των αυξημένων εσόδων από την πώληση ενέργειας και του γεγονότος ότι θα μπορούσε να υπάρχει μια πηγή συνεχούς εισοδήματος. Πιστεύουν δε, ότι αυτό μπορεί να λειτουργήσει ως ρυθμιστικό έναντι του πληθωρισμού και των κακών καλλιεργητικών περιόδων.

judith prins AJa7S1fjy I unsplash 1

Τα φωτοβολταϊκά τα… βρίσκουν με τα πρόβατα

Στον Καναδά, τα αγροβολταϊκά έχουν εφαρμοστεί κυρίως σε αγροκτήματα και χρησιμοποιούνται από τους βοσκούς και τα πρόβατά τους. Ενώ οι βοσκοί πληρώνονται για να κόβουν το γρασίδι στα ηλιακά αγροκτήματα, τα πρόβατα χρησιμοποιούν το γρασίδι και τα βοσκοτόπια κάτω από τα ηλιακά πάνελ για σκιά και βοσκή. Τα αγροβολταϊκά με βάση τα πρόβατα βρίσκονται σε όλο τον Καναδά.

Προηγούμενη έρευνα πρότεινε ότι τα αγροβολταϊκά αγροκτήματα – τα οποία συνδυάζουν ζώα βοσκής με ηλιακά πάνελ – προσφέρουν πιο αποτελεσματική ανανεώσιμη ενέργεια με χαμηλότερο γενικό κόστος, καθώς και μείωση των κινδύνων πυρκαγιάς. Τα τελευταία ευρήματα δείχνουν ότι η πρακτική είναι επίσης καλή για την καλή διαβίωση των ζώων. Τα πρόβατα που ζουν σε βοσκότοπους με ηλιακούς συλλέκτες επωφελούνται από τη σκιά στον ζεστό καιρό και από το πιο θρεπτικό γρασίδι και εμποδίζουν την ανάπτυξη των ζιζανίων στα πάνελ, περνούν περισσότερο χρόνο βόσκοντας, ξεκουράζονται περισσότερο και φαίνεται να αντιμετωπίζουν λιγότερο θερμικό στρες, σε σύγκριση με τα πρόβατα σε άδεια χωράφια. Με σημαντικά οικονομικά οφέλη τόσο για τη βιομηχανία ανανεώσιμων πηγών ενέργειας όσο και για τον ταλαιπωρημένο τομέα εκτροφής του προβάτου, περισσότερες εγκαταστάσεις με ηλιακά πάνελ στις ΗΠΑ αναμένεται να αρχίσουν να αντικαθιστούν τα χλοοκοπτικά μηχανήματα με αρνιά.

Πρόβατα που βόσκουν κάτω από ηλιακούς συλλέκτες σε φάρμες στη Νέα Ουαλία παρήγαν καλύτερο και περισσότερο μαλλί τα τέσσερα χρόνια από την έναρξη των έργων, σύμφωνα με το ABC Rural