Massachusetts leidt de lading in installaties voor tweeërlei gebruik op zonne-energie, waardoor het mogelijk is om gewassen te kweken en dieren te weiden terwijl het schone energie genereert.

De zonnepanelen in de velden van het Crop Research and Education Center van de Universiteit van Massachusetts zien er niet uit zoals de meesten van ons het gaan verwachten. In plaats van te jutten in de buurt van de aarde, zijn ze zeven meter boven de grond gemonteerd, met voldoende ruimte voor boeren of koeien om eronder te dwalen. Panelen worden van elkaar gescheiden door twee- en drie-voet openingen, in plaats van dicht bij elkaar te clusteren. Licht stroomt door deze ruimtes en, onderlangs, vervangen rijen van groene boerenkool en spruitjes de typische kale aarde of gras.

Deze ongewone opstelling is een van de eerste voorbeelden van een installatie voor tweeërlei gebruik, ook wel agrivoltaics genoemd. Het is een fotovoltaïsche array die ver genoeg van de grond is geplaatst en zodanig is uit elkaar geplaatst dat sommige gewassen nog steeds rond en onder de panelen kunnen groeien. Het doel is om boeren te helpen bij het diversifiëren van hun inkomen door hernieuwbare energieopwekking, terwijl ze land in gebruik houden in de landbouw en de uitstoot van broeikasgassen verminderen.

"Dit lijkt een goede zaak: je mag dezelfde hoeveelheid ruimte bewerken en gebruiken om geld te verdienen met de productie van zonne-energie", zegt Brad Mitchell, adjunct-directeur van de Massachusetts Farm Bureau Federation. "Maar het is nog in de beginfase."

Het idee om zonne-energie te produceren en gewassen op hetzelfde land te telen, bestaat al een tijdje. Er zijn geïsoleerde demonstratie- en onderzoeksinstallaties aanwezig of gepland Arizona, Japan en Frankrijk. In de afgelopen jaren is het concept echter aantrekkelijker geworden, omdat de prijs van fotovoltaïsche panelen sterk is gedaald, de belangstelling voor hernieuwbare energie is toegenomen en de financiële druk op kleine boeren is toegenomen. En omdat zonnepanelen de landbouw vaak verdringen en spanningen veroorzaken tussen de twee landgebruiken, wordt agrivoltaics gezien als een potentiële win-win.

Massachusetts loopt voorop. De ambitie van de staat doelstellingen voor hernieuwbare energie-Stroomdoelwitten vragen om 3,600 megawatt aan wind- en zonne-energiecapaciteit tegen het einde van 2020, verdubbeling de huidige output van de staat van 1,800 megawatt-hebben een golf van interesse gecreëerd in het ontwikkelen van zonne-energieprojecten, maar de hoge bevolkingsdichtheid van de staat betekent dat beschikbaar land schaars is.

Bovendien beweren veel plaatselijke voedselleveranciers dat een ontoereikend deel van het voedsel dat in Massachusetts wordt geconsumeerd daar wordt verbouwd. Het korte groeiseizoen en de hoge kosten voor arbeid en land kunnen de landbouw in Massachusetts financieel onzeker maken. Sommige voorstanders zeggen dat dual-use zonne-installaties het potentieel hebben om een ​​aantal van deze problemen tegelijk te verminderen.

Van oudsher, wanneer ontwikkelaars van zonne-energie landbouwgrond gebruiken voor hun projecten, wordt het eigendom verhuurd of verkocht aan de ontwikkelaar, wordt de bovengrond gestript en worden de panelen op betonnen funderingen ingebed in het land gemonteerd. Terwijl de verschuiving de opwekking van hernieuwbare energie stimuleert, verzwakt het de lokale voedselvoorziening. Sommige provincies zijn zelfs begonnen met het verbieden van grootschalige ontwikkelingen op zonne-energie op agrarisch onroerend goed als een manier om het land te behouden.

Dual-use ontwikkelingen zijn met name geschikt voor de behoeften van Massachusetts, en de staat grijpt deze kans aan. De UMass-installatie, een samenwerking tussen particulier solarbedrijf Hyperion Systems en de universiteit, is de thuisbasis van een uniek onderzoeksproject om precies te berekenen hoe verschillende gewassen het doen als ze onder verhoogde panelen worden gekweekt. En het nieuwe zonne-incentiveprogramma van de staat, bekend als Solar Massachusetts Renewable Target (SMART), biedt extra compensatie voor projecten voor tweeërlei gebruik.

"Voor zover wij weten, doet niemand anders wat we doen", zegt Michael Lehan, een adviseur van Hyperion Systems.

Het verhaal van de oorsprong van agrivolta

Het verhaal van dual-use projecten in Massachusetts dateert van 2008, toen bouwbedrijf eigenaar Dave Marley een zonnepaneel installeerde op het dak van zijn hoofdkantoor in Amherst en al snel besloot dat hij nog meer energie wilde genereren. Terwijl hij begon landbouwgrond als een locatie te beschouwen, besloot Marley een manier te vinden om te voorkomen dat het agrarische gebruik van het land werd onderbroken.

"Hij bleef benadrukken, 'ik wil het land levend en wel houden. Ik wil het land niet verdoezelen '', zegt Gerald Palano, coördinator duurzame energie voor het Massachusetts Department of Agricultural Resources.

In 2009 verbond Marley zich met onderzoekers van UMass en in 2010 werd zijn visie werkelijkheid met de bouw van een 70-panel array op een onderzoeksboerderij in South Deerfield, Massachusetts. Het volgende jaar richtte Marley Hyperion Solar op om deze nieuwe benadering van hernieuwbare energie na te streven. Marley stierf in 2013 en zijn zoon James heeft het bedrijf overgenomen.

Vandaag de dag blijft de dual-use installatie die Dave Marley voor ogen had op zijn plaats staan, zijn doelen vooruit. De ondereinden van de panelen worden zeven voet op de grond geheven en stijgen naar 15-voeten in de lucht. Ze liggen ver genoeg uit elkaar om zonlicht door te laten naar het veld eronder en kunnen horizontaal worden verschoven om de opening aan te passen. De panelen worden ondersteund door verticale palen ingebed 10 voeten in de grond. Er wordt geen beton gebruikt, dus de schade aan de bodem is beperkt en volledig omkeerbaar.

"Waar boeren echt om geven, is het land," zei Lehan. "En er is minimale bodemverstoring."

Omdat de array online kwam in 2011, heeft Stephen Herbert, hoogleraar agronomie aan de UMass, de impact van de panelen op gewasgroei bestudeerd. Zijn resultaten waren bemoedigend.

Toen hij gras en andere voedergewassen verbouwde om grazende koeien te ondersteunen, leverde het land onder de panelen meer op dan 90 procent zoveel volume als land dat directe zon kreeg. Voor runder- of melkveehouders zijn agrolithische arrays een 'no-brainer', zei Hebert, tussen beten van een verse spruitkool die hij plukte van een steeltje onder een paneel.

Kan Agrivoltaics werken?

Vroege resultaten suggereren dat groenten zoals paprika's, broccoli en snijbiet onder de panelen ongeveer 60 procent van het volume kunnen produceren dat ze in de volle zon zouden hebben. Tegelijkertijd biedt een systeem voor tweeërlei gebruik ongeveer de helft van de energieopwekkingscapaciteit per hectare van een conventionele installatie en zijn de kosten hoger.

Hoewel deze systemen minder energieopwekking en lagere gewasproductiviteit bieden dan zonnepanelen of landbouw alleen, is de combinatie in het algemeen rendabel.

'Absoluut,' zeiden Lehan, Palano en James Marley bijna in koor.

Hyperion schat dat de installaties voor tweeërlei gebruik zichzelf in ongeveer acht jaar terugbetalen, onder gemiddelde omstandigheden. Staats- en federale subsidies kunnen die tijdlijn inkorten.

Om de adoptie van deze nieuwe aanpak te versnellen, zet Massachusetts wat geld op de rij. In november lanceerde de staat het SMART-programma, dat solaireigenaren een vast basistarief betaalt voor elk kilowattuur energie dat ze opwekken. Het bedrag dat ze verdienen, wordt dan afgetrokken van de kosten van de elektriciteit die ze uit het net halen wanneer de panelen niet genoeg vermogen produceren. Als een eigenaar meer energie produceert dan ze gebruiken, kunnen ze die credits op toekomstige rekeningen toepassen.

Basistarieven voor deze zonne-installaties variëren van 15 cent tot 39 cent per kilowattuur, afhankelijk van de grootte en locatie van de ontwikkeling. Projecten die zonnepanelen combineren met landbouw verdienen een extra 6 cent per kilowattuur. In de praktijk betekent dit dat een 1-megawatt-systeem op landbouwgrond, met zonnepanelen op vaste posities die in een jaar rond 1.2 miljoen kilowattuur energie zouden kunnen produceren, een extra $ 72,000 zou verdienen voor een elektriciteitsrekening.

In de eerste zes weken van SMART hebben vijf applicaties projecten voor tweeërlei gebruik voorgesteld en nog eens twee hebben voorbeschikkingsverzoeken ingediend, een eerdere stap in het proces. Verscheidene meer ontwikkelaars hebben geïnformeerd naar mogelijke ontwikkelingen, zei Palano. De voorgestelde projecten variëren van 249 kilowatts tot 1.6 megawatts.

"We denken dat het niveau van interesse er is van grootschalige ontwikkelaars en anderen, maar het concept is nieuw, dus ze moeten meer tijd investeren om het beter te begrijpen," zei hij. "We zijn blij om de interesse tot nu toe te zien."

Niet elk landbouwareaal zal baat hebben bij agrivoltaics. De extra kosten en moeite zijn misschien niet logisch in een regio die al voldoende open, niet-agrarische ruimte heeft om bijvoorbeeld zonnepanelen te hosten.

Een zonnepaneel voor tweeërlei gebruik in Massachusetts.

In plaatsen zoals Massachusetts zei Palano echter dat de technologie alleen maar beter en nuttiger zal worden. Hij ziet nu al interesse in panelen die bewegen om de zon te volgen, waardoor hun energieopwekking wordt gemaximaliseerd. Hij verwacht ook groeiende belangstelling voor opslag, in wezen grote batterijen die stroom kunnen verzamelen en opslaan voor gebruik als de zon niet schijnt. De toekomst kan zelfs doorzichtige panelen bevatten die meer licht doorlaten naar planten die eronder groeien, voegde hij eraan toe.

"We zeggen, 'laten we kijken of we dit naar een hoger niveau kunnen tillen' ', zei Palano. "We kijken uit naar de innovatie."

Dit artikel verscheen oorspronkelijk op Civil Eats

Over de auteur

Sarah Shemkus is een freelance verslaggever en redacteur die schrijft over zaken, technologie, eten en de plaatsen waar ze elkaar ontmoeten. Haar werk zoals verschenen in The Boston Globe, The Guardian, Slate en andere fijne publicaties. Haar passies omvatten boerenmarkten, de oceaan, data, scherpe cheddar kaas, mysterie romans, nationale openbare radio, stiptheid, reizen en de juiste grammatica. Volg Sarah op Twitter @shemkus.

Topfoto: tomaten die groeien onder zonnepanelen aan de Universiteit van Massachusetts. (Alle foto's met dank aan Hyperion Systems.)

Verwante Boeken

at InnerSelf Market en Amazon