Σε ένα φωτοβολταϊκό θερμοκήπιο, μέρος της επιφάνειας του θερμοκηπίου αντικαθίσταται από διάφανα φωτοβολταϊκά πλαίσια. Με την δημιουργία ενός φωτοβολταϊκού θερμοκηπίου έχουμε διπλή εκμετάλλευση της γης καθώς μπορούμε να έχουμε και παραγωγή αγροτικών προϊόντων και παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ειδικότερα στα νησιά όπου η γη είναι περιορισμένη και οι ανάγκες σε αγροτικά προϊόντα και ηλεκτρική ενέργεια αυξημένες ένα φωτοβολταϊκό θερμοκήπιο φαίνεται να είναι μια πολύ καλή επιλογή.
Τέτοια συστήματα που συνδυάζουν τα φωτοβολταϊκά με την αγροτική παραγωγή αναφέρονται ως “agrivoltaic systems”. Ένα τέτοιο σύστημα έχει εγκατασταθεί στην περιοχή La Reunion της Γαλλίας. Αποτελείται από 13 φωτοβολταϊκά θερμοκήπια με συνολική εγκατεστημένη ισχύ 1,4 MWp. Η κάθε μονάδα είναι έχει ύψος 3,4 μ. και πλάτος 6,1 μ. Συνολικά έχουν εγκατασταθεί 4368 φωτοβολταϊκά πλαίσια και τρεις φωτοβολταϊκοί μετατροπείς ενέργειας.
Εικόνα 1 Φωτοβολταϊκά θερμοκήπια
Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ενός τέτοιου συστήματος μπορεί να φτάσει τις 1.961 MWh/ετησίως. Το παραγόμενο ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί είτε να καλύψει απευθείας τις ηλεκτρικές καταναλώσεις του θερμοκηπίου μειώνοντας έτσι το κόστος ηλεκτρισμού του θερμοκηπίου είτε να πωληθεί στο δίκτυο επιφέροντας επιπλέον κέρδος προς τον παραγωγό.
Το 2011, παρουσιάστηκαν φωτοβολταϊκά θερμοκήπια για οπωρώνες λεμονιού στην ακτή Thyrrenian και Ionian της επαρχίας Cosenza, στη συνέχεια στην Umbria και τη Σαρδηνία. Τα Ιταλικά θερμοκήπια φέρουν συνολικά φωτοβολταϊκό σύστημα 32 MWp, καλύπτουν 40 εκτάρια και φιλοξενούν 18.000 δέντρα. Το σύστημα είναι οκτώ ετών και βρίσκεται κατά μήκος της Riviera dei Cedri στο δήμο Scalea (CS). Οι τελευταίες αναλύσεις που πραγματοποιήθηκαν από το CRSFA “Basile Caramia” σε ένα δείγμα που συλλέχθηκε τον Ιανουάριο ανέφεραν εξαιρετικά αποτελέσματα: διάμετρο φρούτων 76,5 mm, βάρος 250 g, χυμός 39% και ολική οξύτητα 60,5 g / l (κιτρικό οξύ).
Αυτά τα αποτελέσματα είναι πολύ υψηλότερα από τα ποιοτικά πρότυπα που απαιτούνται από τους κανονισμούς παραγωγής των καλύτερων λεμονιών PGI στην Ιταλία, όπως αυτά της Rocca Imperiale και του Sorrento. Τα ποιοτικά χαρακτηριστικά που απαιτούνται για τα λεμόνια PGI από το Sorrento είναι τα εξής: πάνω από 85 g βάρος, 30% ή περισσότερο χυμό, 35 g/l ή περισσότερη ολική οξύτητα. Για τα λεμόνια PGI της Rocca Imperiale είναι: 53 mm ή μεγαλύτερη διάμετρος, 100 g ή περισσότερο βάρος, 30% ή περισσότερο χυμός, 45 g / l ή μεγαλύτερη ολική οξύτητα.
Εκτός από την υψηλή ποιότητα των προϊόντων, μία από τις πτυχές στις οποίες εστιάζει η EF Solare Italia είναι ο εξορθολογισμός των υδάτινων πόρων σύμφωνα με τους στόχους περιβαλλοντικής βιωσιμότητας. Οι καλλιέργειες χρησιμοποιούν στην πραγματικότητα μειωμένη ποσότητα νερού.
Στο παρακάτω γράφημα (Γράφημα 1) αναφέρεται η μηνιαία ποσότητα νερού που χρησιμοποιείται για άρδευση σε 7,8 εκτάρια το 2019. Το νερό που χρησιμοποιείται είναι αισθητά χαμηλότερο από αυτό που χρησιμοποιείται σε καλλιέργεια εκτός θερμοκηπίου: 1.200 m^3/ha έναντι 6.000 m^3/ha.
Αυτό το αποτέλεσμα επιτεύχθηκε χάρη στις συνθήκες (μερική σκίαση και διάχυτο φως) στο θερμοκήπιο και το σύστημα άρδευσης, τα οποία μειώνουν την εξατμισοδιαπνοή γεγονός που ευνοεί την ορθολογική χρήση του νερού.
Για τον σχεδιασμό τέτοιων συστημάτων πρέπει να βρεθεί η χρήση τομή μεταξύ παραγωγής ενέργειας και αγροτικών προϊόντων. Αυτή η χρήση τομή μπορεί να επιτευχθεί μεταβάλοντας διάφορα χαρακτηριστικά των φωτοβολταϊκών στοιχείων. Για παράδειγμα οι συστοιχίες με σταθερή κλίση ανακόπτουν πολύ λιγότερη ακτινοβολία από αυτές που βρίσκονται τοποθετημένες σε trackers. Η πυκνότητα των φωτοβολταϊκών μπορεί να μειωθεί ώστε μεγαλύτερο ποσοστό ακτινοβολίας να προσπίπτει στην καλλιέργεια.
Όσο αναφορά τον σχεδιασμό της καλλιέργειας ο μονός περιορισμός είναι η σκίαση που θα δημιουργείται λόγω των φωτοβολταϊκών πλαισίων. Ο φωτισμός κάτω από 75% του φυσικού φωτισμού προκαλεί μείωση σε πολλά χαρακτηριστικά του φυτού και έτσι θα πρέπει να λαμβάνεται σοβαρά υπόψιν στον σχεδιασμό.
Πολλά είναι τα πειράματα που έχουν γίνει με βάση τον σχεδιασμό των συστημάτων αυτών. Όλα τα πειράματα που έχουν γίνει έχουν δείξει ότι τα συστήματα αυτά μπορεί να είναι ιδιαίτερα αποδοτικά φτάνοντας την αποδοτικότητα της γης στο 60-70%. Σημαντικό είναι να αναφέρουμε ότι σε αυτά τα συστήματα οι καλλιέργειες μπορούν να προστατευτούν από το χαλάζι ή της υψηλές θερμοκρασίες, το οποίο σημαίνει και κάποια μείωση του κόστους δροσισμού της καλλιέργειας. Η κλίση των φωτοβολταϊκών πλαισίων θα πρέπει να προσαρμόζεται σε διάφορες περιόδους του χρόνου ώστε να ευνοείται η ανάπτυξη της καλλιέργειας, ημι-διάφανα πλαίσια είναι μια πολύ καλή λύση για την μείωση της σκίασης ή ακόμα και πλαίσια με καθρέπτες στο πίσω μέρος.
Ένα τέτοιο πείραμα έγινε σε μία καλλιέργεια καλαμποκιού έκτασης 100 m2 με τρείς διαφορετικούς σχεδιασμούς. Η τοποθέτηση των φωτοβολταϊκών πλαισίων έγινε σε μεταλλική κατασκευή (Εικόνα 4).
Οι σχεδιασμοί είχαν ώς εξής. Ένας χωρίς φωτοβολταϊκά πλαίσια, ένας με φωτοβολταϊκά πλαίσια αραιά τοποθετημένα και ένας με πυκνή τοποθέτηση των φωτοβολταϊκών πλαισίων (Εικόνα 5). Σε κάθε σχεδιασμό υπήρχαν 9 φυτά/m2 σε αποστάσεις 0,5m.
Η φυτική μάζα που παράχθηκε στο σύστημα με την αραιή τοποθέτηση φωτοβολταϊκών ήταν κατά 4,9% μεγαλύτερη από αυτήν του συστήματος χωρίς φωτοβολταϊκά και η παραγωγή καλαμποκιού ανά τετραγωνικό μέτρο ήταν κατά 5,9% μεγαλύτερη. Σε ένα άλλο πείραμα τοποθετήθηκαν φωτοβολταϊκά πλαίσια σε δύο θερμοκήπια με προσανατολισμό ανατολή-δύση (Εικόνα 6).
Στα φωτοβολταϊκά θερμοκήπια τα πλαίσια τοποθετήθηκαν στην μία περίπτωση σε ευθεία σειρά και στην άλλη σε διάταξη σκακιέρας (Εικόνα 6).
Το πείραμα απέδειξε ότι η διάταξη σκακιέρας ευνοεί την διάχυση της ακτινοβολίας στο θερμοκήπιο.
Με τον κατάλληλο σχεδιασμό μπορούν να υλοποιηθούν φωτοβολταϊκά θερμοκήπια με πολύ καλές αποδόσεις. Θα πρέπει η τοποθέτηση των φωτοβολταϊκών πλαισίων να γίνεται με τέτοιο τρόπο ώστε η σκίαση να μην επηρεάζει το μικρόκλιμά του θερμοκηπίου και το VPD και η θερμοκρασία αέρα να παραμένουν εντός των επιθυμητών ορίων.
DUPRAZ, C., MARROU, H., TALBOT, G., DUFOUR, L., NOGIER, A. & FERARD, Y. 2011. Combining solar photovoltaic panels and food crops for optimising land use: towards new agrivoltaic schemes. Renewable energy, 36, 2725-2732.
MARROU, H., GUILIONI, L., DUFOUR, L., DUPRAZ, C. & WÉRY, J. 2013. Microclimate under agrivoltaic systems: Is crop growth rate affected in the partial shade of solar panels? Agricultural and Forest Meteorology, 177, 117-132.
SCOGNAMIGLIO, A., GRADE, F., RATSIMBA, T., MONNIER, A. & SCOTTO, E. Photovoltaic greenhouses: a feasible solutions for islands? Design operation monitoring and lessons learned from a real case study. WCPEC, 2014. 1169-1070.
SEKIYAMA, T. & NAGASHIMA, A. 2019. Solar Sharing for Both Food and Clean Energy Production: Performance of Agrivoltaic Systems for Corn, A Typical Shade-Intolerant Crop. Environments, 6, 65.
YANO, A., KADOWAKI, M., FURUE, A., TAMAKI, N., TANAKA, T., HIRAKI, E., KATO, Y., ISHIZU, F. & NODA, S. 2010. Shading and electrical features of a photovoltaic array mounted inside the roof of an east–west oriented greenhouse. Biosystems Engineering, 106, 367-377.
Φωτοβολταϊκά Θερμοκήπια
Ηλίας Παπαδόπουλος
Γεωπόνος MSc
i-CON.SHARE
