農業プロジェクトにおける太陽光発電、作物、家畜の共同配置

太陽エネルギーは環境の持続可能性のモデルの中心ですが、すべてのプロジェクトが同じように構築されるわけではありません。 再生可能であろうとなかろうと、エネルギー開発における懸念の 1 つは、エネルギーの生産と分配のための土地の専用化である「エネルギー スプロール現象」の概念です。

環境 カリフォルニア州は、屋上太陽光発電は、地上設置型の実用規模のみのモデルと比較して、148,000 エーカーの土地の開発を妨げる可能性があると見積もっています。 これは、クリーン エネルギーの目標を達成するために、州の規制当局が 2045 年までに 28.5 GW の屋上太陽光発電を導入すると推定したことに基づいています。 これは、保存できるロサンゼルスの約半分の面積です。

太陽光発電は、建物の環境に統合され、屋上に設置され、建物の正面に統合され、カーポートなどに統合される能力が高く評価されています。しかし、積極的な脱炭素化の目標を達成し、100% 再生可能エネルギー システムを達成するために、地上設置型太陽光発電も必要になります。 これは、農業機能と太陽エネルギー生産を同じ場所に配置する実践であるアグリボルタイクスが介入できる場所です.

オレゴン州立大学の調査によると、太陽光と農業のコロケーションは、米国の総発電量の 20% を提供できることがわかりました。 農業発電を大規模に設置することで、作物収量への影響を「最小限に」抑えながら、二酸化炭素排出量を年間 330,000 トン削減できる可能性がある、と研究者は述べています。

この論文は、農業が米国の発電量の 20% を満たすには、メリーランド州と同じくらいの面積が必要であることを発見しました。 これは約 13,000 平方マイル、つまり現在の米国の農地の 1% に相当します。 世界規模では、全農地の 1% が太陽光発電に変換された場合、世界のエネルギー需要を生み出すことができると推定されています。

バイオスフィア 2

Agrivoltaics は、土地を保護し、1 エーカーを最大限に活用するだけではありません。 ソーラー アレイと以下の農業活動との間には相乗効果があります。

たとえば、アリゾナ大学の研究者チームは、完全に自己完結型の屋内「自然」環境であるバイオスフィア 2 で農業試験センターを運営しており、作物がソーラー アレイの性能を向上させ、ソーラー アレイが作物収量を向上させることを発見しました。乾燥した環境で。

バイオスフィア チームは、太陽光発電システムによって提供される日陰が蒸発を減らすことを発見しました。つまり、水は地表に長くとどまり、野外の陸上農業よりも作物に良い餌を与えることを意味します。 これは水を節約するだけでなく、植物をより強く成長させ、より良い収穫量につながります. さらに、パネルによって提供される日陰の空間により、植物が広がり、太陽の光を探します。 試験では、農業用の陰になった葉は、屋外のもののほぼ 2 倍の大きさでした。

バイオスフィア 2 を取り囲むような乾燥した気候では、植物が適切に成長するには光と熱が多すぎることがよくあります。 パネルのシェードは、植物にとってより良い条件を作り出すのに役立ちます。 同じことがソーラーパネルにも当てはまり、高温では発電量が少なくなります。 従来の太陽光発電施設では、下にあるすべての植生が除去される可能性があります。これにより、大規模な太陽光発電アレイでは、研究されているヒート アイランドの影響が引き起こされます。

電気に変換されない過剰な太陽エネルギーは、潜熱または顕熱の 2 つの方法で地域から放出されます。 顕熱は私たちが感じることができるタイプであり、太陽光発電の生産に害を及ぼすタイプです。 潜熱は、近くの水に吸収され、蒸発して蒸気になるエネルギーです。 乾燥した気候で下に作物を追加することにより、潜熱吸収を増やし、パネルから熱圧を取り除き、生産とライフサイクルを向上させます.

乾燥した気候の農家も、アグリボルタでの作業を楽しむことができます. センターの予備データによると、皮膚の温度は屋外での農業よりも華氏約 20 度低いことが示唆されています。

インスパイアプロジェクト

国立再生可能エネルギー研究所 (NREL) は、アクティブなソーラー アレイと同じ土地区画に牛や羊、作物、受粉者に優しい在来植物、または土壌再生やその他の生態系サービスを配置するなど、アグリボルティクの多くの可能性を探っています。

アグリボルタイクスに関する NREL の主な研究プロジェクトは、農村経済と生態系と統合された革新的なソーラー プラクティス (InSPIRE) と呼ばれています。 InSPIRE プロジェクトは、実践のメリットを定量化するための財務計算機を開発しました。 また、この分野への参入に関心のある人向けのベスト プラクティスのリストも作成しました。 さらに、InSPIRE は、ここで見つけることができる米国中のすべてのアクティブな農業サイトを追跡します。

「複数の地域、構成、および農業活動にまたがる私たちの仕事を通じて、非常に多くの初期の有望な結果を見てきました」と、NREL の主要なエネルギー、水、土地のアナリストであり、InSPIRE プロジェクトの主任研究者である Jordan Macknick 氏は述べています。 「今、私たちの課題は、これらの成功をスケールアップして再現する方法を見つけることです.」

NREL は、5 つの C と呼ばれる、アグリボルタイクスで成功するための 5 つの基本原則のセットも開発しました。

気候、土壌、および環境条件 — 場所の周囲条件は、太陽光発電と目的の作物または地面被覆の両方に適している必要があります。

構成、ソーラー技術、および設計 — ソーラー技術の選択、サイト レイアウト、およびその他のインフラストラクチャは、ソーラー パネルに到達する光の量から、必要に応じてトラクターがパネルの下を走行できるかどうかまで、あらゆることに影響を与える可能性があります。 「このインフラストラクチャは今後 25 年間使用されるため、計画された用途に合わせて適切に整備する必要があります。それによって、プロジェクトが成功するかどうかが決まります」と、InSPIRE に取り組んでいる NREL の研究者 James McCall 氏は述べています。

作物の選択と栽培方法、種子と植生の設計、および管理アプローチ - 農業プロジェクトは、その地域の気候でパネルの下で繁栄し、地域の市場で利益をもたらす作物またはグランド カバーを選択する必要があります。

互換性と柔軟性 — アグリボルタは、効率的な農業活動を可能にするために、太陽光発電所の所有者、太陽光発電事業者、農家または土地所有者の競合するニーズに対応するように設計する必要があります。

コラボレーションとパートナーシップ — プロジェクトを成功させるためには、グループ間のコミュニケーションと理解が不可欠です。

InSPIRE は、米国の 11 州、プエルトリコ、およびコロンビア特別区の 28 か所にまたがる、世界で最大かつ最長の、最も包括的な農業研究活動を代表しています。 これらのサイトには、直接的な調査が含まれるものもあれば、調査の設計と検討が含まれるものもあれば、パートナーとの継続的な協議や指導が含まれるものもあります。

「InSPIRE が非常にうまく行ったことの 1 つは、PV ソーラーの設計と管理について異なる考え方をしている人々のコミュニティを作成したことです。一般的に、InSPIRE カンファレンス コールの後、科学者と業界の実務家がその結果を共有しているのを聞いて、挑戦に対する途方もないエネルギーと楽観主義があります。そして、私たちの前にはチャンスがあります」と、中西部最大の電気協同組合であるコネクサス・エナジーのロブ・デービス氏は述べています。