Επιστήμονες στο Mälardalen University της Σουηδίας πρότειναν μια νέα μεθοδολογία για τη βελτίωση των αναλογιών ισοδυναμίας γης (Land Equivalent Ratio – LER) σε αγροβολταϊκές εγκαταστάσεις σε ολόκληρη την Ευρώπη.
Το LER είναι μια έννοια που χρησιμοποιείται στη γεωργία για τη μέτρηση της αποδοτικότητας της συγκαλλιέργειας. Ορίζει πόση έκταση θα απαιτούνταν υπό συνθήκες μονοκαλλιέργειας ώστε να επιτευχθεί η ίδια απόδοση με αυτήν της συνδυασμένης χρήσης. Στα αγροβολταϊκά, το LER είναι κρίσιμο, καθώς βοηθά στην ποσοτικοποίηση της εξισορρόπησης μεταξύ της σκίασης από τα φωτοβολταϊκά πάνελ και της ανάπτυξης των καλλιεργειών, λαμβάνοντας παράλληλα υπόψη και την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
«Η απόδοση των αγροβολταϊκών εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το εκάστοτε πλαίσιο, καθώς καθορίζεται από τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ τοπικού κλίματος, επιλογής καλλιέργειας και σχεδιασμού του συστήματος», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της έρευνας, Sebastian Zainali, στο περιοδικό pv. «Καλλιέργειες ανθεκτικές στη σκιά μπορούν να επωφεληθούν από πυκνότερες διατάξεις φωτοβολταϊκών, ενώ πιο φωτοευαίσθητες καλλιέργειες απαιτούν μεγαλύτερες αποστάσεις και διαφορετικές διαμορφώσεις. Αυτό σημαίνει ότι τα αγροβολταϊκά συστήματα δεν μπορούν να αναπτυχθούν ως τυποποιημένες λύσεις, αλλά πρέπει να προσαρμόζονται τόσο στην καλλιέργεια όσο και στις κλιματικές συνθήκες κάθε τοποθεσίας.» «Οι κανονιστικοί περιορισμοί επηρεάζουν καθοριστικά το ποιες αγροβολταϊκές διατάξεις είναι πράγματι βιώσιμες», εξήγησε. «Πιο ευέλικτες, κλιματικά προσαρμοσμένες πολιτικές επιτρέπουν πολύ καλύτερη αποδοτικότητα χρήσης γης σε σύγκριση με άκαμπτα όρια. Ταυτόχρονα, δεν υπάρχει ένα και μοναδικό βέλτιστο αγροβολταϊκό σύστημα: ο σχεδιασμός μεταβάλλεται ανάλογα με το αν δίνεται προτεραιότητα στο νερό, την ενέργεια ή τα τρόφιμα. Η μετατόπιση αυτών των προτεραιοτήτων αλλάζει θεμελιωδώς τη βέλτιστη γεωμετρία, συμπεριλαμβανομένης της απόστασης μεταξύ των σειρών, του τύπου συστήματος και του προσανατολισμού των πάνελ.»
Η μεθοδολογία εφαρμόστηκε για την αξιολόγηση της απόδοσης αγροβολταϊκών σε τρεις ευρωπαϊκές τοποθεσίες — Kärrbo Prästgård (Σουηδία), Jeggeleben (Γερμανία) και Piacenza (Ιταλία) — υπό διαφορετικές κλιματικές ζώνες και κανονιστικά πλαίσια. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν την πλατφόρμα Agri-OptiCE®, ένα συνδυαστικό μοντέλο προσομοίωσης και βελτιστοποίησης που ενσωματώνει μοντέλο σκίασης από φωτοβολταϊκά, μοντέλο απόδοσης διπλής όψης φωτοβολταϊκών και μοντέλο ανάπτυξης καλλιεργειών–μικροκλίματος, τα οποία συνδέονται μέσω αλγορίθμου πολυκριτηριακής βελτιστοποίησης.
Ένας πολυκριτηριακός γενετικός αλγόριθμος (GA) εντόπισε τους βέλτιστους σχεδιασμούς συστημάτων, με την απόδοση να αξιολογείται μέσω του LER και της αθροιστικής εξατμισοδιαπνοής (ET), ενός βασικού δείκτη που συνδέει τη χρήση νερού από τις καλλιέργειες, το μικροκλίμα και την απόδοση των φωτοβολταϊκών. Οι δείκτες υπολογίστηκαν σε ετήσια βάση και προσαρμόστηκαν ως μέσος όρος σε κύκλους καλλιεργειών, ώστε να ληφθεί υπόψη η κλιματική μεταβλητότητα. Μια ανάλυση ευαισθησίας της απόστασης μεταξύ σειρών, του ύψους, του προσανατολισμού και του τύπου συστήματος ανέδειξε τις σχέσεις μεταξύ παραμέτρων και απόδοσης πέρα από τα αποτελέσματα του γενετικού αλγορίθμου.
Ελήφθησαν επίσης υπόψη οι εθνικές κατευθυντήριες γραμμές για τα αγροβολταϊκά. Η Σουηδία περιορίζει την κάλυψη γης στο 10% για επιλεξιμότητα επιδότησης, η Γερμανία απαιτεί αποδόσεις καλλιεργειών άνω του 66% και απώλεια γης κάτω του 15%, ενώ η Ιταλία επιβάλλει πολλαπλά κριτήρια, συμπεριλαμβανομένης χρήσης γης κάτω του 30%, φωτοβολταϊκής απόδοσης άνω του 60% και ύψους πάνελ άνω των 2,1 μέτρων.
Η ανάλυση έδειξε ότι η απόσταση μεταξύ των σειρών είναι η πιο κρίσιμη παράμετρος σχεδιασμού, επηρεάζοντας έντονα τη σκίαση, την παραγωγικότητα των καλλιεργειών και τη διακύμανση των αποδόσεων από έτος σε έτος, ενώ ο προσανατολισμός και το ύψος είχαν μέτρια επίδραση. Στο βασικό μοντέλο καλλιέργειας, αποστάσεις άνω των 7 μέτρων συχνά παραβίαζαν περιορισμούς απόδοσης και κάλυψης, ενώ αποστάσεις άνω των 10 μέτρων μείωναν την αποδοτικότητα χρήσης γης και την ενεργειακή παραγωγή ανά εκτάριο.
Απόσταση σειρών 5–10 μέτρων παρείχε την καλύτερη ισορροπία, υποστηρίζοντας υψηλή πυκνότητα φωτοβολταϊκών και ενεργειακή παραγωγή, ενώ παράλληλα διατηρούσε επαρκή ηλιακή ακτινοβολία για τις καλλιέργειες ώστε να μεγιστοποιείται το συνολικό LER. Μικρότερες αποστάσεις αύξαναν την παραγωγή ενέργειας αλλά προκαλούσαν υπερβολική σκίαση, ενώ μεγαλύτερες αποστάσεις μείωναν τη σκίαση αλλά άφηναν αχρησιμοποίητη γη, περιορίζοντας τη συνολική αποδοτικότητα.
Στη Σουηδία, σχεδιασμοί με έμφαση στην ενέργεια διαπιστώθηκε ότι μειώνουν την εξατμισοδιαπνοή και αυξάνουν την παραγωγή φωτοβολταϊκής ενέργειας, αλλά περιορίζουν την απόδοση των καλλιεργειών, με τη χρήση νερού να συσχετίζεται θετικά με την απόδοση και αρνητικά με την απόδοση των φωτοβολταϊκών. Τα αποτελέσματα εξαρτώνταν περισσότερο από το είδος των περιορισμών παρά από την αυστηρότητά τους, με συστήματα μονού άξονα και υπερυψωμένες διατάξεις να πληρούν συχνά τα όρια απόδοσης σε διαφορετικά σενάρια.
«Συνολικά, τα αποτελέσματα αυτά παρέχουν ποσοτική καθοδήγηση σχεδιασμού υπό συγκεκριμένες παραδοχές σχετικά με τις εφικτές αγροβολταϊκές διαμορφώσεις και δείχνουν ότι ο σχεδιασμός πολιτικής διαμορφώνει καθοριστικά το πλαίσιο βιώσιμων λύσεων: υπερβολικά άκαμπτοι, σύνθετοι περιορισμοί μπορούν να αποκλείσουν λύσεις, ενώ καλά στοχευμένοι, τεκμηριωμένοι κανόνες αφήνουν περιθώριο για βελτιστοποίηση προσαρμοσμένη στο εκάστοτε πλαίσιο», κατέληξαν οι ερευνητές.
