Τη δυνατότητα ταυτόχρονης πρόβλεψης της παραγωγής ρυζιού και ηλεκτρικής ενέργειας σε αγροφωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις προσφέρει νέα υπολογιστική μέθοδος που ανέπτυξαν ερευνητές του Πανεπιστημίου του Τόκιο. Στόχος είναι να βελτιωθεί ο σχεδιασμός των έργων, ώστε να περιορίζονται οι απώλειες στην καλλιέργεια χωρίς να υπονομεύεται η οικονομική απόδοση της ηλεκτροπαραγωγής.
Η πρόκληση είναι σημαντική για τα αγροφωτοβολταϊκά συστήματα που εγκαθίστανται σε ορυζώνες, καθώς η σκίαση από τα πάνελ μπορεί να μειώσει την αγροτική παραγωγή. Σε προηγούμενη εξαετή έρευνα του ίδιου πανεπιστημίου, η απόδοση του ρυζιού έφτασε τους 8,5 τόνους ανά εκτάριο σε συμβατικό αγρό, έναντι 6,5 τόνων ανά εκτάριο στην αγροφωτοβολταϊκή εγκατάσταση, καταγράφοντας μείωση 23%.
Η χαμηλότερη παραγωγή συνδέθηκε με τη μειωμένη βιομάζα και τον μικρότερο αριθμό ταξιανθιών. Η μερική σκίαση επηρέασε επίσης την ποιότητα των κόκκων, αυξάνοντας την κιμωλίωση και περιορίζοντας την απόδοση σε ακέρυφους κόκκους.
Συνδυασμός τριών μοντέλων
Η νέα μέθοδος συνδυάζει τρία υπολογιστικά μοντέλα για την ηλιακή ακτινοβολία, την ανάπτυξη και την απόδοση του ρυζιού, καθώς και την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τα φωτοβολταϊκά.
Για τις προσομοιώσεις χρησιμοποιήθηκαν τα λογισμικά Rhinoceros, Grasshopper και Ladybug Tools για την εκτίμηση της ακτινοβολίας που φτάνει στα φυτά, το μοντέλο ORYZA για την πρόβλεψη της αγροτικής παραγωγής και το PVsyst για τον υπολογισμό της ηλεκτροπαραγωγής.
Οι ερευνητές βαθμονόμησαν και επαλήθευσαν τα μοντέλα με δεδομένα από πειραματική εγκατάσταση στην Τσικουσέι της Ιαπωνίας, τα οποία συλλέχθηκαν από το 2019 έως το 2022. Η εγκατάσταση κάλυπτε 1.416 τετραγωνικά μέτρα, με ποσοστό κάλυψης του εδάφους από τα πάνελ 27% και μηνιαίες προσαρμογές της κλίσης τους.
Στη συνέχεια, αξιοποιήθηκαν μετεωρολογικά δεδομένα 30 ετών, από το 1994 έως το 2023, ώστε να αξιολογηθεί η απόδοση των συστημάτων σε βάθος χρόνου και υπό διαφορετικές καιρικές συνθήκες.
Απόδοση στο 82% της συμβατικής καλλιέργειας
Οι προσομοιώσεις έδειξαν ότι η μέση απόδοση του ρυζιού στα αγροφωτοβολταϊκά συστήματα αντιστοιχούσε στο 82% της απόδοσης των συμβατικών καλλιεργειών. Ανάλογα με τις καιρικές συνθήκες, το ποσοστό κυμάνθηκε από 66% έως 94%.
Η πιθανότητα η απόδοση να υποχωρήσει κάτω από το 80% της συμβατικής καλλιέργειας, όριο που προβλέπει η ιαπωνική νομοθεσία, υπολογίστηκε σε 26%. Η μέση παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τον Μάιο έως τον Σεπτέμβριο εκτιμήθηκε σε 32.893 kWh.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων ήταν κοντά στις μετρήσεις πεδίου, γεγονός που υποστηρίζει τη χρήση του μοντέλου για την αξιολόγηση διαφορετικών διατάξεων αγροφωτοβολταϊκών συστημάτων.
Περισσότερο φως στις καλλιέργειες, μικρότερη ηλεκτροπαραγωγή
Ένα από τα βασικά συμπεράσματα είναι ότι η αύξηση της κλίσης των πάνελ προς την κατακόρυφη θέση επιτρέπει σε περισσότερο ηλιακό φως να φτάνει στις καλλιέργειες, βελτιώνοντας την απόδοση του ρυζιού. Ωστόσο, η αλλαγή αυτή περιορίζει την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Η αύξηση της κλίσης κατά 7 μοίρες ανέβασε στο 80% την πιθανότητα η απόδοση του ρυζιού να φτάσει τουλάχιστον το 80% της συμβατικής καλλιέργειας. Η επίπτωση στο ετήσιο εισόδημα ήταν περιορισμένη, με μείωση μόλις 0,1%.
Με μεγαλύτερες προσαρμογές, κατά 30 και 53 μοίρες, η πιθανότητα επίτευξης του στόχου αυξήθηκε στο 90% και στο 95%, αντίστοιχα. Σε αυτές τις περιπτώσεις, η απόδοση του ρυζιού βελτιώθηκε κατά 4,2% και 10,3%, ενώ η ηλεκτροπαραγωγή μειώθηκε κατά 3,2% και 9,4%. Το ετήσιο εισόδημα υποχώρησε αντίστοιχα κατά 2,7% και 8%.
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι η μέθοδος μπορεί να αξιοποιηθεί και για την αξιολόγηση άλλων παραμέτρων, όπως το μέγεθος των πάνελ, η πυκνότητα εγκατάστασης, οι τοπικές κλιματικές συνθήκες και οι ποικιλίες ρυζιού.
Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν στην επιστημονική επιθεώρηση Field Crops Research, στη μελέτη «Balancing crop production and electricity generation in rice agrivoltaic systems: A multi-modeling approach».
Προηγούμενη έρευνα του Πανεπιστημίου του Τόκιο, το 2025, είχε εξετάσει συστήματα με φωτοβολταϊκά πάνελ που παρακολουθούν την πορεία του ήλιου σε δύο άξονες. Τότε, η απόδοση του ρυζιού κάτω από τα πάνελ ήταν κατά 75% και 85% χαμηλότερη σε δύο διαδοχικές καλλιεργητικές περιόδους σε σχέση με γειτονικούς συμβατικούς ορυζώνες. Ωστόσο, η παραγωγή βελτιώθηκε αισθητά τη δεύτερη χρονιά, όταν οι ερευνητές ρύθμισαν καλύτερα την ποσότητα φωτός που έφτανε στα φυτά.
Πηγή: pv-magazine
