Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Purdue δημιούργησε ένα νέο μοντέλο για την αξιολόγηση της ανάπτυξης του καλαμποκιού σε εγκαταστάσεις αγροβολταϊκών και πρότεινε τη χρήση ενός μοντέλου χωροχρονικής κατανομής σκιάς (SSD) για τη βελτιστοποίηση της απόδοσης των καλλιεργειών και της παραγωγής ενέργειας.
Η νέα μέθοδος βασίζεται στο μοντέλο φυτών του προσομοιωτή γεωργικών συστημάτων παραγωγής (APSIM), το οποίο βασίζεται σε λεπτότερη χρονική ανάλυση, με τη βιβλιογραφία να υποστηρίζει την εγκυρότητά του. Το μοντέλο SSD, το οποίο λαμβάνει υπόψη τη σκιά που δημιουργούν τα φωτοβολταϊκά πάνελ, χρησιμοποιήθηκε σε συνδυασμό με τα δεδομένα ακτινοβολίας του Εθνικού Εργαστηρίου Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (NREL). Αυτά τα συνδυασμένα δεδομένα στη συνέχεια βαθμονομήθηκαν και επικυρώθηκαν με τα αποτελέσματα των μετρήσεών τους από το πεδίο.
Το πείραμα πεδίου πραγματοποιήθηκε σε μια αγροβολταϊκή φάρμα στο Πανεπιστήμιο Purdue στο West Lafayette της Ιντιάνα, ΗΠΑ. Εκεί, τα φωτοβολταϊκά πάνελ τοποθετήθηκαν σε δύο διατάξεις, είτε με 300 W μονάδες τοποθετημένες δίπλα-δίπλα είτε με 100 W μονάδες διατεταγμένες σε εναλλακτικό σχέδιο σκακιέρας. Όλα χρησιμοποιούσαν ανιχνευτές μονού άξονα και είχαν ύψος 6,1 μέτρων. Η διάταξη δοκιμάστηκε από τον Απρίλιο έως τον Οκτώβριο του 2020.
«Για την επικύρωση, ελήφθησαν υπόψη 12 χωράφια», ανέφεραν οι ακαδημαϊκοί. «Καλαμπόκια από τρία αντιπροσωπευτικά φυτά από καθένα από αυτά τα χωράφια συλλέχθηκαν με το χέρι. Συνολικά, χρησιμοποιήθηκαν 570 φυτά καλαμποκιού από την περιοχή χωρίς φωτοβολταϊκά και 36 φυτά καλαμποκιού από την περιοχή με φωτοβολταϊκά, αντίστοιχα, στην ανάλυση. Τα καλαμπόκια καθαρίστηκαν, απεικονίστηκαν και επεξεργάστηκαν χρησιμοποιώντας ένα φωτομετρητή DuPont pioneer.»
Η μέτρηση στο πεδίο έδειξε ότι η απόδοση του καλαμποκιού από την περιοχή χωρίς φωτοβολταϊκά μετρήθηκε στα 10.955 κιλά/εκτάριο, σε σύγκριση με την απόδοση των 10.182 κιλών/εκτάριο της περιοχής με φωτοβολταϊκά. Αυτό συμφωνούσε με το νέο μοντέλο, το οποίο προέβλεπε 10.856 κιλά/εκτάριο για την περιοχή χωρίς φωτοβολταϊκά και 10.102 κιλά/εκτάριο για το αγροβολταϊκό πεδίο.
Οι ερευνητές στη συνέχεια χρησιμοποίησαν το μοντέλο για να δοκιμάσουν τον αντίκτυπο του ύψους του ανιχνευτή, της απόστασης μεταξύ των διατάξεων, της γωνίας του πάνελ και της ενεργοποίησης του συστήματος ανίχνευσης στην απόδοση. Πρώτα διαπίστωσαν ότι τα σχέδια που μειώνουν το ύψος του ανιχνευτή χωρίς να εμποδίζουν την κίνηση των γεωργικών μηχανημάτων πρέπει να εξεταστούν, καθώς η συνολική μέση απόδοση καλαμποκιού είναι μια αδύναμη συνάρτηση του ύψους του ανιχνευτή μέχρι 2,44 μέτρα.
«Ωστόσο, η μεταβλητότητα από τη μία σειρά καλαμποκιού στην άλλη αυξάνεται καθώς μειώνεται το ύψος του ανιχνευτή», εξήγησαν περαιτέρω. «Ένα άλλο ενδιαφέρον εύρημα είναι ότι για τα μεγέθη των φωτοβολταϊκών μονάδων μας, η αύξηση της απόστασης μεταξύ των παρακείμενων σειρών φωτοβολταϊκών πέρα από τα 9,1 μέτρα, ενώ διατηρείται η συνολική ισχύς σε όλη την έκταση της γης, δεν οδηγεί σε αύξηση της απόδοσης καλαμποκιού με βάση τη συνολική έκταση της γης.»
Διαπίστωσαν επίσης ότι η ανίχνευση κατά τη διάρκεια του μεσημεριού παρείχε την πιο σημαντική αύξηση στην απόδοση του καλαμποκιού. «Ωστόσο, αυτή η αύξηση στην απόδοση καλαμποκιού κατά 5,6% είναι αρκετά μέτρια και θα πρέπει να σταθμιστεί έναντι μιας σημαντικής μείωσης στην ηλιακή ενέργεια», τόνισε η ομάδα.
Το προτεινόμενο μοντέλο παρουσιάστηκε στην εργασία «Optimizing corn agrivoltaic farming through farm-scale experimentation and modeling», που δημοσιεύτηκε στο Cell Reports Sustainability. Η ερευνητική ομάδα περιλάμβανε επίσης ακαδημαϊκούς από το Πανεπιστήμιο Aarhus της Δανίας.
