Et team av forskere fra Purdue University har funnetAgrivoltaisk system har potensial til å øke energiproduksjonen og redusere karbonutslippene samtidig som de har minimal innvirkning på avlingsproduksjonen.
I forskningsartikkelen "The viability of photovoltaics on agricultural land: Can PV solve the food vs fuel debate?," tilgjengelig iJournal of Cleaner Production, analyserte teamet fem scenarier med maisavlingsland i Midtvest-regionen i USA.
Det første er grunnscenariet, med mais dyrket over hele området. Den andre har et tradisjonelt solsystem installert på 25 % av arealet, og erstatter maisavlingen. De tre andre scenariene har agrivoltaics med mais som vokser under dem, med anslagsvis 5,5% av landet okkupert av solenergistrukturer og utilgjengelig for avlingsvekst. En full solcelletetthet brukes i det tredje systemet, etterfulgt av en halv og en kvart paneltetthet i det fjerde og femte systemet.
Forskerne sammenlignet disse fem systemene på tvers av fire beregninger: produksjon av mais til bruk som mat eller dyrefôr, produksjon av energi i form av bioetanol eller elektrisitet, reduksjon av klimagassutslipp og lønnsomhet for bonden.
Den høyeste mat-/fôrproduksjonen ble oppnådd i basissystemet. Det andre systemet så mengden mais som mat/fôr ned med 25 %, i forhold til reduksjonen i tilgjengelig land. Utdata fra de agrovoltaiske systemene varierte basert på skyggelagte grenser, med en 11 % reduksjon i mais tilgjengelig for mat/fôr registrert i det fjerde solcellepaneltetthetssystemet sammenlignet med basislinjesystemet.
Sammenlignet med baseline-systemet, økte det tradisjonelle solcelleanlegget og landbruksanlegget med kvart tetthet sluttbruksenergiproduksjonen fra mindre enn 2 MWh/ha/år til omtrent 140 MWh MWh/ha/år. Landbruksanlegget med halv tetthet økte energiproduksjonen til rundt 280 MWh/ha/år, og det jordbruksvoltaiske systemet med full tetthet økte energiproduksjonen til omtrent 560 MW/ha/år.
Forskerne fant også at etanol har minimal innvirkning på den totale energiproduksjonen i system to til fem. "Derfor var det ingen signifikant forskjell på den totale energiproduksjonen når man vurderer den lave skyggefulle avkastningen og høye skyggefulle avkastningsgrensene for maisproduksjon," sa teamet.
Ved beregning av klimagassreduksjoner hadde baseline-systemet, med kun etanol som energikilde, en reduksjon på mindre enn 2 tonn CO2-ekv/ha/år. De andre systemene reduserte utslippene med hundrevis av tonn CO2-eq/ha/år, med mengden i hvert «tilsvarende trend med antall solcellepaneler som ble innlemmet i hele behandlingsområdet».
Mens det tradisjonelle solcelleanlegget og det agrivoltaiske systemet med en kvart tetthet faktisk hadde samme energiproduksjon og klimagassreduksjon, forutsier forskningsoppgaven høyere maisutbytte for det agrivoltaiske systemet fordi det gir mulighet for mer avlingsvekst og skyggelegging ble minimert av store avstander mellom paneler.
I rapportens konklusjon sier forskerne at agrovoltaikk "kan gi en levedyktig strategi for å lette den nåværende avveiningen mellom energiproduksjon, klimagassutslipp, matproduksjon og gårdslønnsomhet."
"Vår analyse indikerer at både solcelleanlegg og agrivoltaikk kan øke energiproduksjonen per hektar betydelig i forhold til grunnlinjen der rundt 27% av mais tilskrives etanol," bemerket forskerne.
Forskerne forklarer også at selv om utplasseringen av agrivoltaikk kan bli påvirket av høye kapitalkostnader, kan denne barrieren overvinnes med politisk støtte, spesielt når avlingsprisene er svært volatile. De sier at tilknyttede kostnader bør reduseres etter hvert som teknologien utvikler seg, men advarer om at mer arbeid må gjøres for å sikre en bedre forståelse av interessentenes behov og forbedret konstruksjon for å redusere kostnadene og samtidig maksimere systemytelsen.
"Å integrere solceller i jordbruksland gir større potensiale for produksjon av fornybar energi og redusere klimagassutslipp," heter det i avisen. "Våre beregninger viser at hvis det ikke er etanoletterspørsel, kan mengden mais tilgjengelig som mat- og dyrefôrressurs faktisk økes selv når solcellepaneler er integrert, i forhold til mengden tilgjengelig under forholdene med etanoletterspørsel og ingen fotovoltaisk integrering. I dette synet gir agrivoltaiske teknologier en levedyktig løsning på mat versus drivstoff-debatten, og lar store mengder energi produseres med minimal innvirkning på mais som en mat-/fôrressurs."
