Tarımsal fotovoltaik güneş panelleri bitkisel üretimde verimliliği artırıyor

ABD Kolorado Eyalet Üniversitesi’ndeki bilim insanları, güneşi takip eden tek eksenli tarımsal fotovoltaik panellerin toprağa düşen yağış ve ışığın dağılımını ve sulanmayan çayırların büyümesini nasıl etkileyebileceğini araştırıyorlar. Bu çalışma, ABD Tarım Bakanlığı tarafından finanse edilen Sürdürülebilir Tarımsal ve Fotovoltaik Elektrik Sistemi (SCAPES) projesinin bir parçasını oluşturuyor. Araştırma ekibi, agrivoltaik sistemlerin tarımsal verimliliği artırarak, aşırı otlatma ve su kıtlığı nedeniyle bozulan arazinin eski haline getirilmesine yardımcı olabileceğine inanıyor.

Araştırmada, güneş modüllerinin damlama kenarlarından, doğuya veya batıya eğilmeye bağlı olarak, bir noktaya dökülen yağış miktarının iki ila beş katı arttığı görüldü. Bu da Kolorado şartlarında araziye düşen yıllık yağış miktarını 350 mm’den 1200 mm’ye artırmak anlamına geliyor. Paneller sayesinde topraktaki buharlaşma azalıyor ve nem miktarı da artmış oluyor.

Araştırma 1.2 MW’lık bir güneş tarlasında yürütüyor. Sistem 2020’de kuruldu ve Vietnam merkezli güneş enerjisi üreticisi Boviet Solar’dan 3.200’den fazla 380 W monokristal PV modülü içeriyor. Paneller, üçte biri 2,4 metre, diğer üçte ikisi ise 1,8 metre yüksekliğinde tek eksenli izleyiciler üzerine monte edilmiştir. Boulder kentindeki Jack’s Solar Garden adlı bu tesis, panel sıraları arasında fazla boşluk olmadan elektrik üretimini en üst düzeye çıkarmak için tasarlanmıştır. Genel olarak, mevcut tasarım % 9 daha az çimen üretimine yol açar. Ancak elektrik üretiminden elde edilen ekonomik kazanç, daha düşük olan mahsul üretimini büyük ölçüde telafi eder.

Kolorado orta-batı ABD’de bulunan, en yüksek rakıma sahip eyaletlerden biridir. Yazın öğleden sonraları sıcaklığın 35 C dereceyi bulduğu yarı kurak bir iklime sahiptir. Sabahları sıcaklık 22 C derece civarındadır. Paneller sabahları doğuya, öğleden sonraları ise batıya yönelerek güneşi takip ederek eğilmektedir. Yağmur yağdığında, bu hareket öğleden sonra daha yüksek yağış hacimleri nedeniyle batı kenarına daha fazla su düşürerek, her iki kenarda da büyük yağışların miktarlarının oluşmasına sebep olur.

Araştırma ekibi başlangıçta batı damlama kenarının çayır verimliliğini artırmasını bekliyordu. Bunun yerine, daha düşük toprak nemi ile doğu ucunun daha fazla çayır büyümesine sahip olduğunu buldular. Araziye nem sensörleri yerleştirdiler ve damlama kenarlarından kaynaklanan artan toprak nemi sebebiyle 40 cm ila 60 cm genişliğinde bir şerit olduğunu gördüler. Deneyler, hava sıcaklığının ve kuruluğun o şeridin içindeki ve dışındaki otlak üretkenliğini de etkilediğini gösterdi.

Araştırma alanındaki optimum sıcaklık, öğleden sonraları kaydedilen 35 C’den çok 30 C’ye daha yakındı. 30 C derece aşılınca, o bitki için gerçekleşebilecek fotosentez miktarı azalmış olacağından, toprak sıcaklığının düşmesi büyümeyi olumlu etkilemekteydi. Ekip, sabahları daha düşük hava sıcaklıklarının ve azalan hava kuruluğunun, daha düşük toprak nemini telafi ederek doğu ucunda üretkenliğin artmasına yol açtığını buldu. Güneş panellerinin sağladığı gölgelemenin üretkenliği artırdığı kanıtlanmıştır. Güneş panelleri 15 metre arayla yerleştirilirse, yağışlı bir yılda üretkenlikte %6 artış elde edilir.

Tipik olarak, otlakların tüm gün boyunca yüksek ışıkla başa çıkacak şekilde uyarlandığı  düşünülür. Ama günün yarısında güneş paneliyle gölgeleme yapmanın fotosentetik verimliliği artırdığını bulundu. Ayrıca daha kısa bir ışıklı periyot, yapraklardan daha az buharlaşma ile sonuçlanır ve su kaybı azalır. Buna ilaveten güneş panelleri altındaki bitkilerin yapraklarının 4 C derece daha soğuk olduğu gözlemlendi. 

Sonuç olarak sıcak iklimlerde kurulan agrivoltaik sistemlerin buharlaşmayı azalttığı, toprak nemliliğini artırdığı, bitkilerin ve yüzeyin sıcaklığını düşürdüğü ve bu sayede tarımsal ürün verimliliğini artırdığı ispat edilmiştir. 

Kaynak: https://www.pv-magazine.com/2023/02/20/effects-of-single-axis-agrivoltaics-systems-on-non-irrigated-grassland/