Purdue Üniversitesi'nden bir araştırma ekibi, gün boyunca büyüyen ürünlerin üzerine dinamik gölgeler düşüren güneş enerjisi dizileriyle donatılmış mısır tarlalarında verimin nasıl optimize edileceğini gösterdi.

Danimarka'daki Purdue Üniversitesi ve Aarhus Üniversitesi'nden sekiz araştırmacıdan oluşan ekip, bulgularını 26 Temmuz 2024'te Cell Reports Sustainability dergisinde yayınladı .

Güneş paneli dizileri (fotovoltaikler) normalde gün boyunca zeminde kalıcı gölgeler oluşturur. Bir çiftlik tarlasında kalıcı gölge, mahsulün büyümesine zarar verir. Purdue ekibi, biçerdöver operasyonlarına izin vermek için mahsullerin çok üzerinde yükselen bir tarımsal voltaik sistemini test etti.

Sistem, gün ışığı saatlerinde güneşi takip etti. Sürekli hareket eden panellerle, her mısır sırası gün boyunca farklı ışık yoğunlukları aldı, ancak hiçbiri sabit gölge altında kalmadı.

Purdue Üniversitesi'nde Kimya Mühendisliği alanında Winthrop E. Stone Seçkin Profesörü ve çalışmanın ortak yazarı Rakesh Agrawal, "Her sıraya ne kadar ışık düştüğünü hesaplamak için bir model geliştirdik" dedi.

Purdue ekibinin çalışan bitki büyümesi ve ışık yoğunluğu (dinamik gölge) modelleriyle donanmış araştırmacılar artık kritik "ya şöyle olsaydı" soruları sorabilirler. Ya güneş panelleri daha düşük yüksekliklerde çalışsaydı? Ya birbirlerine daha yakın veya daha uzak bir yere getirilselerdi? Ve ya daha kısa bir mısır çeşidi yetiştirselerdi?

"Bir mevsim bir veri noktasıdır. Değişkenlerinizi değiştirmek isterseniz, her yıl yalnızca bir yaz vardır, bu nedenle yüksekliği değiştirirsek, etkiyi ölçmek için o yıl yalnızca bir ürün yetiştirebilirsiniz," dedi Agrawal. Ancak simülasyonlarla, fotovoltaik üreticileri, elektrik şirketleri ve çiftçiler birden fazla "ya şöyle olsaydı" sorusu sorabilir ve birden fazla seçeneği hızla test edebilir.

Agrawal, "Mısır için böyle bir şeyin yapılabileceğini ve bunun çok iyi sonuç verdiğini dünyaya gösteriyoruz" dedi.

Tarım ve Biyoloji Mühendisliği Profesörü ve makalenin ortak yazarı Margaret Gitau, bazı durumlarda tarımsal voltaiklerin, mahsullerin iklim dayanıklılığını artıracak şekilde tarla mikro iklimini de etkileyebileceğini belirtti.

Gitau, "Bazı bölgeler daha ıslak, daha soğuk koşullar yaşayabilirken, diğer bölgelerde koşullar güneş panelleri olmayan bölgelerden farklı olmayabilir ," dedi. "Panellerin sağladığı gölgelendirme, özellikle kurak dönemlerde su ve sıcaklık stresi yaşayan bölgelerde nemin korunmasında önemli olabilir."

Tarımsal voltaikler ayrıca kendi kendine yeten su sistemleri inşa etme potansiyeli de sunuyor. Akıntı veya drenaj suları toplanıp geri dönüştürülerek yerinde üretilen güç kullanılarak ek sulama sağlanabilir, dedi.

ABD'deki tarımsal voltaik çalışmalarının çoğu Brüksel lahanası, ahududu, lahana ve biber gibi özel ürünlere odaklanmaktadır. Ancak bu ürünler sıralı ürünlerle karşılaştırıldığında küçük bir arazi yüzdesi kaplar.

Birleşmiş Milletler Gıda ve Tarım Örgütü'ne göre, 2022 yılında ABD'de mısır, soya fasulyesi ve buğday 200 milyon dönümden fazla alanı kaplıyordu.

Wickersham Tarımsal Araştırma Mükemmeliyet Kürsüsü'nü yöneten Mitch Tuinstra, "Ölçekteki fırsat büyük" diyor, hatta yakındaki iletim hatları, düz zemin ve nem sınırlamaları gibi tarımsal voltaik sistemlerin özel ihtiyaçları dikkate alındığında bile.

Disiplinler arası çalışmanın baş yazarı, doktora öğrencisi Varsha Gupta, Agrawal ve Gitau tarafından ortaklaşa danışmanlık ediliyor. Gitau, "Varsha, kimya mühendisliği, veri bilimi , yapay zeka, matematik ve tarım ve biyolojik mühendislik dahil olmak üzere çeşitli disiplinlerdeki bilgileri entegre etmeyi başardı , bu kolay bir iş değil," dedi.

Yeni makale, aynı yazarlardan altısının geçen Mart ayında yayınladığı, güneş takibi veya anti-takip ayarlarını ayarlayarak tarımsal voltaik sistemlerin gıda veya enerji üretimi için nasıl optimize edileceğini açıklayan ilgili bir çalışmanın ardından geliyor.

Her zaman takip etmek en fazla enerjiyi üretir. Anti-tracking, mahsullere gölge düşürmez ancak güç de üretmez. Yeni çalışma, sistemin dinamik gölge modellemesiyle nasıl optimize edileceğini bildiriyor.

Her iki makalede yayınlanan deneysel sonuçlar, dinamik gölgelerin tarımsal güneş enerjisinden elde edilen mısır verimi üzerinde nispeten küçük bir etkisi olduğunu ortaya koydu. Veri kümeleri biraz farklıydı, ancak her iki deneydeki mısır %20 ila %25 oranında gölgelenme yaşadı.

Çiftçiler enerji için optimize ederlerse güç üretiminden dönüm başına 1.000 dolar, mısır için optimize ederlerse dönüm başına yaklaşık 300 dolar kazanabilirler. Tuinstra, Chicago Ticaret Borsası'na bağlı akıllı bir sistemin mısır ve enerji piyasası fiyatlarını dinamik olarak hesaba katabileceği bir günü öngörüyor.

"Tarımsal voltaik ve yenilenebilir enerji üretimindeki fırsatlar, ekosistemlerin insanlara sağladığı faydalar olan gelecekteki ekosistem hizmetlerine de katkıda bulunabilir," dedi Tuinstra. Bu, yeni sürdürülebilir ve yenileyici tarım teknolojilerinin tarımsal voltaiklerle bütünleştirilebilmesiyle mümkün olur.

Yenileyici tarım, örtü bitkileri, çayır şeritleri, toprak işlemesiz tarım ve azotlu gübrenin asgari düzeyde uygulanması gibi yönetim stratejilerini kapsar. Bu tür uygulamalar ekosistem hizmetleri sunar, ancak maliyetleri tüketiciler, yetiştiriciler ve hükümet için de yüksektir.

"Bu şeyleri entegre etmenin bir yolunu bulursanız, aniden yenilenebilir enerjiyle ödenen ekosistem hizmetleriniz olur. Herkes bu ekosistem hizmetlerinden faydalanabilir," dedi Tuinstra.