ისინი კვებავენ და აძლევენ ენერგიას

სოფლის მეურნეობას აქვს დიდი ღია, მზიანი ადგილები. რატომ არ დააკავშიროთ საკვების წარმოება ენერგიის წარმოებასთან (1)? უფრო მეტიც, მზის პანელებით გამომუშავებული ელექტროენერგია შეიძლება გამოყენებულ იქნას ადგილობრივად, მაგალითად, სარწყავი ტუმბოების დასამუშავებლად, ხოლო ჭარბი შეიძლება გაიყიდოს ქსელში, რაც გაზრდის მფლობელის შემოსავალს.

აღსანიშნავია, რომ ბევრ მცენარეს არ მოსწონს ძლიერი მზის პირდაპირი სხივები. მათ ზემოთ განთავსებული პანელები ხელს არ შეუშლიდნენ და მოსავლის ოპტიმიზაციასაც კი ახდენდნენ. ზოგადად, მათი რეგულირება და შემომავალი სინათლის დონის შეცვლა შესაძლებელია უკიდურესად ზუსტად დაპროგრამებული შაბლონების მიხედვით. თქვენ ასევე შეგიძლიათ წარმოიდგინოთ ისინი, როგორც თანამედროვე სათბურები, რომლებიც იყენებენ მათ ჩვეულებრივი მინის პანელების ნაცვლად. მზის ბატარეები.

ერთი წლის წინ, Scientific Reports-მა გამოაქვეყნა კვლევა ორეგონის უნივერსიტეტიდან, რომელმაც აჩვენა, რომ ასეთი დანადგარებით მსოფლიოს სახნავი მიწების მხოლოდ ერთი პროცენტის დაფარვა საკმარისი უნდა იყოს მთელი კაცობრიობის ელექტროენერგიით უზრუნველყოფისთვის.

სივრცისთვის კონკურენციის ნაცვლად, გაყავით მოედანი

1981 წელს ადოლფ გოტცბერგერმა და არმინ სასტროუმ პირველებმა შემოგვთავაზეს სახნავი მიწის ორმაგი გამოყენების კონცეფცია წარმოებისთვის. მზის ენერგია და კულტურების მოყვანა სოფლის მეურნეობის მთლიანი პროდუქტიულობის გასაუმჯობესებლად. ეს იყო მათი წვლილი მზის ენერგიის წარმოებასა და სახნავ კულტურებს შორის სახნავი მიწების კონკურენციის შესახებ მიმდინარე დებატებში.

იმ ვარაუდზე დაყრდნობით, რომ არსებობს სინათლის გაჯერების წერტილი და ფოტონების რაოდენობის გაზრდა არ იწვევს გაუმჯობესებას, იაპონელმა მკვლევარმა აკირა ნაგაშიმა შემოგვთავაზა ფოტოელექტრული სისტემებისა და სოფლის მეურნეობის პრაქტიკული კომბინაცია ჭარბი სინათლის გამოსაყენებლად. მან შექმნა პირველი პროტოტიპები 2004 წელს.

2017 წლისთვის იაპონიის სასოფლო-სამეურნეო მიწაზე დამონტაჟდა ათასზე მეტი ფოტოელექტრული სისტემა, რომლებიც თანაარსებობენ ტრადიციულ სოფლის მეურნეობასთან. ნათესებზე მზის პანელების მუშაობის ნებართვის მისაღებად, იაპონიის ფერმერებმა ადგილობრივი კანონმდებლობით უნდა დააკმაყოფილონ ტექნიკური მოთხოვნის მინიმუმ 80 პროცენტი. ნორმალური სასოფლო-სამეურნეო წარმოება.

2017 წელს იაპონიაში ექსპლუატაციაში შევიდა 35 მეგავატი სიმძლავრის ელექტროსადგური, რომელიც დამონტაჟდა 54 ჰექტარ ნათესებზე. ამ ელექტროსადგურის დაჩრდილვის ხარისხი 50 პროცენტია, რაც 30 პროცენტზე მეტია. დაჩრდილვა, რომელიც ჩვეულებრივ გამოიყენება იაპონიის აგროელექტროსადგურებში. ფერმერები სხვათა შორის ამუშავებენ ჟენშენს, აშიტაბას და ქინძს. უკუჯიმაზე მალე აშენდება 480 მეგავატი სიმძლავრის მზის ელექტროსადგური, მათ შორის აგროელექტროსადგურები.

ტერმინი "აგროვოლტაიკა" ერთ-ერთ პუბლიკაციაში 2011 წელს გამოჩნდა. აზიაში, ტერმინი "მზის გაზიარება" ასევე ზოგჯერ გამოიყენება. იაპონიის მაგალითზე ამ კონტინენტის მრავალი ქვეყანა ახორციელებს მსგავს პროექტებს, მათ შორის, რა თქმა უნდა, ჩინეთი და ინდოეთი. ამ უკანასკნელ შემთხვევაში, აგროენერგია განიხილება, როგორც დიდი შესაძლებლობა სოფლის ღარიბი მოსახლეობის შემოსავლების გაზრდის მიზნით. მალაიზიაში ცდილობდნენ მზის პანელების დაყენებას ჩაის პლანტაციებზე, ხოლო ვიეტნამში - კრევეტების ფერმებზე.

რა თქმა უნდა, ამ კონცეფციამ ევროპასაც მიაღწია. ყველაზე ადრეული და უდიდესი მასშტაბები საფრანგეთში. აქ 2007 წლის დასაწყისიდან აშენდა ფოტოელექტრული სათბურები. ფრანგული ტექნოლოგიის მაგალითია Agrinergie პროექტი, რომელიც შემუშავებულია Akuo Energy-ს მიერ XNUMX წლიდან.

2009 წლიდან ფრანგული კომპანიები INRA, IRSTEA და Sun'R მუშაობენ დარგებისთვის შემუშავებულ პროგრამაზე სახელად Sun'Agri. პირველი პროტოტიპი მონპელიეში 0,1 ჰექტარ ფართობზე დამონტაჟდა. დანაყოფის შემდგომი პროტოტიპები მობილური ერთღერძიანი პანელებით აშენდა 2014 და 2017 წლებში. Sun'R-ის პირველი გარე აგროელექტროსადგური აშენდა 2018 წლის გაზაფხულზე ტრესერში, პირენეები-ორიენტალებში. ელექტროსადგურის სიმძლავრე 2,2 მეგავატია 4,5 ჰექტარ ვენახზე განლაგებული პანელებიდან (2). და ეს არ არის ამ ტიპის ერთადერთი ფრანგული პროექტები.

2. ვაზის მოყვანა მზის პანელებით

ჭარბი შუქი ფოტოსინთეზიდან

შეერთებულ შტატებში ამ პროექტებს მართავს SolAgra (3) UC Davis-ის აგრონომიის დეპარტამენტთან თანამშრომლობით. დამუშავების პროცესშია პირველი ელექტროსადგური, რომლის ფართობი 0,4 ჰექტარია. 2,8 ჰა ფართობი გამოიყენება მართვის ობიექტად. შესწავლილია რამდენიმე სახეობის კულტურა: იონჯა, სორგო, სალათის ფოთოლი, ისპანახი, ჭარხალი, სტაფილო, ბოლოკი, კარტოფილი, რუკოლა, პიტნა, ტურფა, კომბოსტო, ოხრახუში, ქინძი, ლობიო, ბარდა, შალოტი, მდოგვი. აგროელექტრო ექსპერიმენტები ასევე ტარდება არაერთ ამერიკულ უნივერსიტეტში.

3. ფოტოელექტრული დანადგარები SolAgra კულტურების გვერდით

ეროვნული სამეცნიერო ფონდის მიერ დაფინანსებული კვლევის თანახმად, რომელსაც ხელმძღვანელობენ ინჟინრები, მცენარეთა ბიოლოგიის მკვლევარები და ფიზიკის მკვლევარები ჩრდილოეთ კაროლინას სახელმწიფო უნივერსიტეტში, ბევრი სათბური შეიძლება გახდეს ენერგო ნეიტრალური გამჭვირვალე მზის პანელების გამოყენებით ენერგიის გამომუშავებისთვის (4). ჩვენ ვსაუბრობთ სინათლის ტალღის სიგრძის ენერგიის გამოყენებაზე, რომელსაც მცენარეები არ იყენებენ ფოტოსინთეზისთვის. კვლევის შედეგები გამოქვეყნდა მიმდინარე წლის თებერვალში ჟურნალ Joule-ში.

4. აგროელექტრო სათბური

„მცენარეები მხოლოდ ზოგიერთ მათგანს იყენებენ ფოტოსინთეზისთვის სინათლის ტალღის სიგრძე. იდეა მდგომარეობს იმაში, რომ შევქმნათ სათბურები, რომლებიც გამოიმუშავებენ ენერგიას ამ გამოუყენებელი შუქისგან, ხოლო ფოტოსინთეზური სინათლის უმეტესი ნაწილის შეშვებას,“ - განმარტავს კვლევის ერთ-ერთი ავტორი ბრენდან ო'კონორი. ჩვენ შეგვიძლია მივაღწიოთ ორგანულ მზის უჯრედებს, რადგან ისინი საშუალებას გვაძლევს დავაზუსტოთ მზის უჯრედის მიერ შთანთქმული სინათლის სპექტრი. თუმცა, აქამდე გაურკვეველი იყო, რა რაოდენობის ენერგია შეიძლება მიეღო სათბურს, თუ გამოიყენებდა ამ გამჭვირვალე, შერჩევით ორგანულ მზის უჯრედებს.

ამ კითხვაზე პასუხის გასაცემად მკვლევარებმა გამოიყენეს გამოთვლითი მოდელი. ”სათბურებში გამოყენებული ენერგიის უმეტესი ნაწილი დაკავშირებულია გათბობასთან და გაგრილებასთან, ამიტომ ჩვენი მოდელი ორიენტირებული იყო ენერგიის დატვირთვის გამოთვლაზე, რომელიც საჭიროა პომიდვრის ზრდისთვის ოპტიმალური ტემპერატურის დიაპაზონის შესანარჩუნებლად”, - ამბობს ო'კონორი. „მოდელმა ასევე გამოითვალა ენერგიის რაოდენობა, რომელსაც სათბური გამოიმუშავებს, თუ მის სახურავზე მზის პანელები განთავსდება.

ჩრდილის მოყვარული მცენარეებისთვის

ამჟამად მიმდინარეობს აგროვოლტაიკის სამი ძირითადი ტიპი: მზის პანელები ნათესებს შორის სივრცეში, ბრტყელი მზის პანელები ნათესების ზემოთ და სათბურის მზის სისტემა. აგროვოლტაიკური სისტემებისთვის გათვალისწინებული ძირითადი პარამეტრი არის მზის პანელების დახრილობის კუთხე. სხვა ცვლადები, რომლებიც გათვალისწინებულია აგროელექტრო სისტემის დამონტაჟებისას არის მოსავლის ტიპი, პანელების სიმაღლე, მზის რადიაცია ტერიტორიაზე და კლიმატი ამ ტერიტორიაზე.

ვენ ლიუმ ჩინეთის ჰეფეის მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების უნივერსიტეტიდან 2015 წელს შემოგვთავაზა ახალი იდეა აგროვოლტაიკისთვის, პოლიმერული ფენით დაფარული მრუდი მინის პანელების გამოყენებით მცენარეთა ფოტოსინთეზისთვის საჭირო მზის ტალღის სიგრძის შერჩევით გადასაცემად (ლურჯი და წითელი შუქი). . ყველა სხვა ტალღის სიგრძე აისახება და კონცენტრირდება კონცენტრაციაში მზის პანელები ენერგიის გამომუშავებისთვის.

აგროვოლტაიკაში მოდელირება და კვლევა აჩვენებს, რომ კულტურებიდან ელექტროენერგიის წარმოება არ ამცირებს სოფლის მეურნეობის პროდუქტიულობას. რა თქმა უნდა, ეს საუკეთესოდ მუშაობს მცენარეებისთვის, რომლებიც ჩრდილებისადმი ტოლერანტული არიან ან თუნდაც მზის ნაკლებ შუქს ანიჭებენ უპირატესობას.

არიზონაში ჩატარებულ ბოლო კვლევაში, მეცნიერებმა მზის პანელების ქვეშ გაზრდილი მცენარეები შეადარეს მზის პირდაპირ შუქზე გაზრდილ მცენარეებს. მათ აღნიშნეს, რომ ჩილტეპინის წიწაკის მთლიანი წარმოება სამჯერ მეტი იყო მზის პანელების ქვეშ არსებულ ნაკვეთებზე, ხოლო ჩერი პომიდვრის მოსავლიანობა გაორმაგდა მზის პანელების ქვეშ. აგროელექტრო სისტემების ზოგიერთ მცენარეს გაცილებით ნაკლები წყალი ესაჭიროება, ნაწილობრივ იმიტომ, რომ დაჩრდილული ნიადაგი ინარჩუნებს მეტ ტენიანობას.

კვლევითმა პროექტმა სამხრეთ დერფილდში, მასაჩუსეტსი, მსგავსი პერსპექტივები მოგვცა. ტესტებმა აჩვენა, რომ ბროკოლის და მსგავსი ბოსტნეულის მოყვანა მცენარის წონას 60 პროცენტით მეტს აწარმოებს, ვიდრე მზეზე მზეზე მყოფი მცენარეები.

ასე რომ, იქნებ დიდი მზის მეურნეობების განვითარების სფერო არ არის საჰარა და სხვა უდაბნოები, როგორც ამას ხშირად იწინასწარმეტყველებენ, არამედ მხოლოდ საკვების სახელით ცნობილი სფეროები?