농지 옆에 태양열 설비를 설치하는 관행인 농업 발전(Agrovoltaics)은 토지 이용을 저해하지 않으면서 분산된 청정 에너지를 도입하는 방법으로 전 세계적으로 점점 더 자주 채택되고 있습니다.
Oregon State University의 연구에 따르면 태양 에너지와 농업 에너지를 동시에 사용하면 미국 전체 전력 생산량의 20%를 제공할 수 있습니다. 연구원들에 따르면 대규모 농업 발전소 설치는 작물 수확량에 "최소한의" 영향을 미치면서 연간 330톤의 이산화탄소 배출량 감소로 이어질 수 있습니다.
이 연구에 따르면 농업 발전이 미국 전력 생산의 20%를 차지하려면 메릴랜드 주 크기의 지역이 필요합니다. 그것은 약 13,000 평방 마일 또는 현재 미국 농업 면적의 1%입니다. 전지구적 규모에서 모든 농지의 1%가 태양광 발전으로 전환된다면 세계가 필요로 하는 에너지를 생산할 수 있을 것으로 추산됩니다.
농업용 패널을 설치하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 가장 일반적인 방법 중 하나는 농기구나 가축이 아래에서 자유롭게 이동할 수 있도록 시설을 높이는 것입니다. 또 다른 세련된 디자인은 광전지 패널을 수직으로 배치하여 패널 열 사이에 넓게 열린 공간을 남기는 것입니다.
미국
캘리포니아 Somerset에서는 독일 디자인의 Sunzaun 수직형 태양광 패널이 포도원에 설치되었습니다. 설치 프로그램인 Sunstall은 마이크로 인버터에 연결된 43개의 450W 모듈과 XNUMX개의 배터리로 구성된 설치를 개발했습니다.
미니멀한 디자인은 모듈 프레임의 구멍을 사용하여 두 개의 파일에 간단하게 부착할 수 있어 무거운 선반 시스템이 필요하지 않았습니다. 양면 태양광 모듈은 수직 방향 어레이의 양쪽에서 에너지를 생산합니다.
수평 방향으로 설계된 기존 시스템에서 선반 시스템에 패널을 장착하는 데 사용되는 레일은 일반적으로 패널의 의도된 크기에 맞게 절단됩니다. 다른 모든 구성 요소의 조달이 완료된 후 패널 크기가 변경되면 업데이트된 패널 크기를 수용하도록 레일을 재설계하는 동안 프로젝트가 지연될 수 있습니다. Sunzaun 디자인은 각 스택 사이의 거리를 조정하여 패널 크기의 변화에 쉽게 적응할 수 있습니다. 필요한 경우 지면에서 패널 높이를 조정할 수도 있습니다.
독일
라이프치히 응용 과학 대학의 과학자들은 독일 에너지 시장에 서동 방향의 수직 태양광 발전 시스템을 대규모로 배치할 경우 잠재적인 영향을 연구했습니다. 그들은 이러한 설치가 기존의 지상 장착 태양광 발전소보다 농업 활동과의 더 큰 통합을 허용하면서 국가의 그리드를 안정화하는 데 유익한 효과를 가질 수 있음을 발견했습니다.
과학자들은 수직형 태양광 시스템이 겨울철에 전력 수요가 가장 높고 전력 공급이 가장 많은 시간으로 태양열 성능을 전환하여 태양열 제한을 줄일 수 있음을 발견했습니다.
”에너지 시스템 모델에 1TW의 충방전 전력과 1TWh 용량의 전기 저장 장치를 통합하면 수직 모듈의 2%를 동쪽으로 향하게 하여 최대 2.1Mt/a의 CO70 절감 효과로 감소합니다. 서쪽으로, 30%는 남쪽으로 기울어져 있습니다.”라고 그들은 말했습니다. "마지막으로, 일부 사람들에게는 수직 발전소의 70% 비율을 달성하는 것이 비현실적으로 보일 수 있지만 더 낮은 비율이라도 유익한 영향을 미칩니다."
일본
일본에서는 독일 모듈 제조업체인 Luxor Solar의 자회사인 Luxor Solar KK가 Eco Rice Niigata 소유의 쌀 가공 공장 주차장에 8.3kW 수직형 태양광 시스템을 구축했습니다.
Luxor Solar KK의 전무이사인 Uwe Liebscher는 PV 매거진에 "자동차는 수직 시스템 사이에 주차될 것입니다."라고 설명했습니다. "이 시스템의 목표는 겨울철 내구성과 눈 반사로 인한 추가 에너지 성능을 보여주는 것입니다." 반면에 니가타는 적설량이 많은 지역으로 알려져 있으며 겨울에는 최대 2~3미터의 눈이 내립니다.”
남향 시스템은 Luxor Solar의 자체 헤테로접합 태양광 모듈과 독일의 수직 태양광 전문업체인 Next2Sun의 마운팅 시스템 및 일본 Omron의 인버터를 특징으로 합니다. 수직 조립은 시스템 옆에 위치한 쌀 가공 공장에 전기를 공급합니다. 나가오카 시는 이 프로젝트에 2만 엔($14,390)을 지원했습니다.
"수직 설치는 농지의 최소 공간만 사용하면서 작물에 도달하는 빛의 85% 이상을 유지하여 일본에서 중요한 태양 에너지와 농업 사이의 최적의 균형을 보장합니다."라고 그는 설명합니다. "이를 통해 우리는 밀, 감자 또는 쌀과 같은 공공 유틸리티 농지에 대규모로 농업 시스템을 구축할 수 있습니다."
프랑스
프랑스에서는 TotalEnergies와 농업 발전 전문 기업인 InVivo가 111kW 수직 농업 발전 실증기를 출시했습니다. TotalEnergies는 시범 설치를 통해 태양광 패널이 농업 생산량, 생물 다양성, 탄소 저장 및 현장 수질에 미치는 영향을 조사할 것이라고 말했습니다.
TotalEnergies Renouvelables France의 CEO인 Thierry Muller는 "녹색 전기 생산, 바이오 가스 및 농업 간에 개발된 시너지 효과가 우리의 에너지 및 식량 독립을 보장하는 해답 중 하나라고 확신합니다."라고 말했습니다.
스웨덴
Mälardalen 대학(스웨덴)의 과학자들은 수직 태양광 프로젝트에서 미기후 분석을 용이하게 하는 전산유체역학(CFD) 모델을 개발했습니다. CFD 시뮬레이션은 농업 시스템 내에서 미기후를 분석하는 데 사용할 수 있는 물체를 통과하는 고체 및 가스 흐름에 대한 복잡한 방정식을 푸는 데 사용됩니다.
"Agrivoltaic(AV) 시스템 모델은 AV 시스템의 위치와 솔루션을 기반으로 미기후 변화를 분석/예측할 수 있기 때문에 의사 결정뿐만 아니라 새로운 AV 시스템의 설계에 자주 사용될 것입니다."라고 Sebastian Zainalli 연구원이 말했습니다. pv magazine.w에 말했다
이 연구에서는 수직 태양광 모듈에 의해 그늘진 지면 영역에서 태양 복사 강도가 38% 감소하는 것을 관찰했습니다.
핵심 원칙
미국 국립재생에너지연구소(US National Renewable Energy Laboratory)는 다음을 포함하여 농업 발전의 성공을 위한 XNUMX가지 원칙을 제시했습니다.
기후, 토양 및 환경 조건: 장소의 환경 조건은 태양열 발전과 원하는 작물 또는 식생 덮개 모두에 적합해야 합니다.
구성, 태양광 기술 및 설계: 태양광 기술의 선택, 현장 레이아웃 및 기타 인프라는 태양광 패널에 도달하는 빛의 양부터 필요한 경우 트랙터가 패널 아래를 통과할 수 있는지 여부에 이르기까지 모든 것에 영향을 미칠 수 있습니다. “이 인프라는 향후 25년 동안 지상에 있을 것이므로 의도된 용도에 맞게 올바르게 수행되어야 합니다. 이 프로젝트의 성공은 그것에 달려 있습니다.”라고 InSPIRE에서 작업하는 NREL 연구원인 James McCall은 말합니다.
작물 선택 및 재배 방법, 종자 및 초목 설계, 관리 접근 방식: 농업 프로젝트는 현지 기후에서 패널 아래에서 번성하고 현지 시장에서 수익성이 있는 작물 또는 지표를 선택해야 합니다.
호환성 및 유연성: Agrovoltaics는 효율적인 농업 활동을 가능하게 하기 위해 태양광 설치 소유자, 태양열 운영자 및 농부 또는 토지 소유자의 상충되는 요구에 적응하는 방식으로 설계되어야 합니다.
협업 및 파트너십: 모든 프로젝트가 성공하려면 그룹 간의 커뮤니케이션과 이해가 중요합니다.