Η πράσινη ενέργεια ως παράγοντας βελτίωσης της αγροτικής παραγωγής
Τον Μάιο του 2022, η Ευρωπαϊκή Ένωση παρουσίασε το σχέδιο REPowerEU, που αφορά τη στρατηγική για τη μαζική, ταχεία ανάπτυξη των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ), με σκοπό τον περιορισμό της εξάρτησής της από τα ορυκτά καύσιμα. Για την επίτευξη του παραπάνω στόχου, και πιο συγκεκριμένα όσον αφορά την ηλιακή ενέργεια, η ΕΕ ενθαρρύνει τα κράτη-μέλη για την ενασχόλησή τους με εφαρμογές ηλιακής ενέργειας. Οι εφαρμογές αυτές δεν αφορούν την αποκλειστική εγκατάσταση φωτοβολταϊκών (PVs) σε στέγες κατοικιών, αλλά εκτείνονται σε μεγαλύτερες εκτάσεις, όπως οι αγροτικές.
Λόγω της σοβαρότητας της κλιματικής κρίσης και δεδομένου ότι ο αγροτικός τομέας εντάσσεται σε ένα ευρύτερο πολιτικό, κοινωνικό και οικονομικό πλαίσιο, είναι σημαντικό η ενέργεια που καταναλώνεται να παράγεται από φιλικές προς το περιβάλλον πηγές, όπως η ηλιακή ενέργεια. Ταυτόχρονα, με τη ζήτηση για διαθέσιμη γη να αυξάνεται συνεχώς, δεν είναι δυνατόν να παραβλεφθεί η δημιουργία χωροταξικών και οικονομικών προβλημάτων.
Τα αγροβολταϊκά (agrivoltaics/Agri-PVs), λόγω της συσχέτισής τους με την παραγωγή ενέργειας φιλικής προς το περιβάλλον, αλλά και ταυτόχρονα αγροτικών προϊόντων, αναδεικνύονται ως ένα ανερχόμενο «εργαλείο» στον τομέα της ενέργειας, παρουσιάζοντας μεγάλη δυναμική. Τα Agri-PVs, ξεφεύγοντας από τις παραδοσιακές τεχνικές της γεωργίας, παρουσιάζονται ως μία άκρως επαναστατική προσέγγιση, καθώς η διπλή χρήση της γης παρέχει τη δυνατότητα να αποτελέσει βιώσιμη λύση σε παγκόσμιο επίπεδο, στο θέμα της ενέργειας και στην παραγωγή τροφίμων. Η πολλαπλή χρήση της γης αξιοποιείται αποτελεσματικά μέσω της εφαρμογής των Agri-PVs, καθώς σε αντίθεση με τα συμβατικά φωτοβολταϊκά συστήματα, όπου τα panel καλύπτουν τη γη και αποκλείουν τη γεωργία, οι Agri-PVs εφαρμογές σχεδιάζονται με τρόπο που επιτρέπει στις γεωργικές δραστηριότητες να παραμένουν η κύρια χρήση της γης. Αυτή η προσέγγιση συνδυάζει την παραγωγή ανανεώσιμης ενέργειας με τη διατήρηση της γεωργικής παραγωγής, προσφέροντας βιώσιμη λύση για την ενέργεια και τη γεωργία.
Οι δυνατότητες των Agri-PVs περιγράφονται από την έκθεση του Κοινού Κέντρου Ερευνών (Joint Research Centre – JRC), με τίτλο «Overview of the potential and challenges for Agri-Photovoltaics in the European Union»1. Βάσει της συγκεκριμένης έρευνας, η κάλυψη της Χρησιμοποιούμενης Γεωργικής Περιοχής (Utilized Agricultural Area – UAA) κατά μόλις 1% από αγροβολταϊκά συστήματα θα μπορούσε να αποφέρει την παραγωγή 944 GW συνεχούς ρεύματος, παραγωγή που αποτελεί περίπου το 50% της συνολικής παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος από τα παραδοσιακά φωτοβολταϊκά συστήματα, ενώ ξεπερνά κατά τουλάχιστον πέντε φορές την εγκατεστημένη ισχύ της ΕΕ για το έτος 2022.
Η Ελλάδα παρουσιάζει μία άκρως ευνοϊκή θέση από πλευράς κλιματικών συνθηκών (ηλιοφάνεια, θερμοκρασία), ενώ, σε συνδυασμό με την προηγμένη τεχνογνωσία και τεχνολογία που διαθέτει, μπορεί να αποτελέσει έναν από τους σημαντικότερους πυλώνες στην εξέλιξη των Agri-PVs.
Τα οφέλη για τη θερμοκηπιακή καλλιέργεια
Τα δύο προηγούμενα έτη, ο όρος «Agri-PVs» άρχισε να συνδυάζεται με τα θερμοκήπια, καθώς οι θερμοκηπιακές καλλιέργειες αποτελούν εντατικό τρόπο παραγωγής τροφίμων με υψηλό κόστος ενέργειας. Πιο συγκεκριμένα, μόνο στην Ελλάδα η καλυπτόμενη από θερμοκήπια έκταση αγγίζει τα 60.000 στρέμματα (7η χώρα σε θερμοκηπιακές καλλιέργειες στην Ευρώπη), με το 50% του κόστους παραγωγής να δαπανάται σε κατανάλωση ενέργειας, με τις τιμές αυτής να παρουσιάζουν βαθμιαία αύξηση. Συνεπώς, η εγκατάσταση ενός φωτοβολταϊκού συστήματος σε ένα θερμοκήπιο αποτελεί μία ιδανική λύση, τόσο για τη μείωση του κόστους παραγωγής, όσο και για μεγιστοποίηση της ενεργειακής παραγωγής.
Το Πανεπιστήμιο Πατρών (Τμήματα Γεωπονίας, Βιολογίας και Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών) συμμετέχει ενεργά στην έρευνα2,3,4 πάνω στην εγκατάσταση φωτοβολταϊκών μονάδων στο θερμοκήπιο, έχοντας δημιουργήσει ένα πιλοτικό φωτοβολταϊκό θερμοκήπιο, με την ενσωμάτωση ημιδιάφανων φωτοβολταϊκών μονάδων. Το θερμοκήπιο είναι πραγματικής κλίμακας, τύπου Multispan, με τον άξονά του στη διεύθυνση Ανατολή – Δύση. Εντός και εκτός του θερμοκηπίου είναι εγκατεστημένα συστήματα λήψης μικροκλιματικών δεδομένων (ad-hoc systems) για την καταγραφή των μίκρο- και μάκρο-κλιματικών παραμέτρων και της απόδοσης του φωτοβολταϊκού συστήματος. Η αναβάθμιση σε ψηφιακό θερμοκήπιο επιτεύχθηκε μέσω του ρομποτικού συστήματος Ευφυούς Γεωργίας (ΚΥΤΙΟΝ) με βάση το Διαδίκτυο των Πραγμάτων (IoT). Το ΚΥΤΙΟΝ αναπτύχθηκε από φοιτητές του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών (Δ. Μπίτας & Ν.Κ. Παπασταύρος, 2ο βραβείο του 10ου Διαγωνισμού Καινοτομίας & Τεχνολογίας της Εθνικής Τράπεζας). Το ΚΥΤΙΟΝ έχει τη δυνατότητα καταγραφής των συνθηκών μικροκλίματος του θερμοκηπίου και την πλήρη αυτοματοποίηση των λειτουργιών του μέσω Συστήματος Υποστήριξης Λήψης Αποφάσεων (DSS). Επιπλέον, η RGB κάμερα που διαθέτει δίνει τη δυνατότητα της real-time παρακολούθησης των φυτικών θόλων5.
Η Ελλάδα παρουσιάζει μία άκρως ευνοϊκή θέση από πλευράς κλιματικών συνθηκών (ηλιοφάνεια, θερμοκρασία), ενώ, σε συνδυασμό με την προηγμένη τεχνογνωσία και τεχνολογία που διαθέτει, μπορεί να αποτελέσει έναν από τους σημαντικότερους πυλώνες στην εξέλιξη των Agri-PVs
Τα φωτοβολταϊκά που χρησιμοποιήθηκαν αποτελούν προϊόν της εταιρείας Brite Solar και είναι τύπου BSG-250/49 (μέγιστη ισχύς/διαφάνεια). Παρουσιάζουν ιδιαίτερα χαρακτηριστικά που αφορούν τη σκίαση, τη διαπερατότητα (στο φάσμα 400 με 700 nm) και τη μέγιστη παραγωγή ενέργειας (max παραγόμενη ισχύς 250 W), ενώ η πιο σημαντική ιδιαιτερότητα είναι ότι πρόκειται για φωτοβολταϊκό διπλής όψης (bifacial type), με την παραγωγή ενέργειας να προέρχεται από την προσπίπτουσα ακτινοβολία, τόσο από την εξωτερική, όσο και από την εσωτερική πλευρά.
Για τη μελέτη και τον έλεγχο της απόδοσης των φωτοβολταϊκών μονάδων και της παραγωγής/κατανάλωσης ενέργειας, υπάρχουν μετρητές της εταιρείας Meazon, οι οποίοι έχουν τη δυνατότητα καταγραφής όλων των απαραίτητων δεδομένων, όπως ρεύμα και τάση, βασιζόμενοι στο πρωτόκολλο ZigBee για τη μετάδοση των δεδομένων αυτών.
Τα αγροβολταϊκά, λόγω της συσχέτισής τους με την παραγωγή ενέργειας φιλικής προς το περιβάλλον, αλλά και ταυτόχρονα αγροτικών προϊόντων, αναδεικνύονται ως ένα ανερχόμενο «εργαλείο» στον τομέα της ενέργειας, παρουσιάζοντας μεγάλη δυναμική.
Παραπομπές
1 Chatzipanagi, A., Taylor, N., & Jaeger-Waldau, A. (2023). Overview of the potential and challenges for Agri-Photovoltaics in the European Union (EUR 31482 EN). Publications Office of the European Union. Luxembourg. ISBN 978-92-68-02431-7. https://doi.org/10.2760/208702. JRC132879
2 Petrakis, T., Thomopoulos, V., Kavga, A., et al. (2023). An algorithm for calculating the shade created by greenhouse integrated photovoltaics. Energy, Ecology, and Environment. https://doi.org/10.1007/s40974-023-00306-4
3 Kavga, A., Thomopoulos, V., & Petrakis, T. (2023). The Contribution of Semi-Transparent Photovoltaics for Energy Autonomy in Aloe Vera Greenhouse Cultivation. In 2023 31st Mediterranean Conference on Control and Automation (MED) (pp. 85-88). Limassol, Cyprus. https://doi.org/10.1109/MED59994.2023.10185759
4 Kavga, A., Petrakis, T., Lycoskoufis, I., & Thomopoulos, V. (2022). The contribution of innovative semi-transparent photovoltaics for energy autonomy in the field of greenhouse systems. In AgEng LAND.TECHNIK 2022 (pp. 631-638). VDI Verlag. https://doi.org/10.51202/9783181024065-631
5 V. Thomopoulos, D. Bitas, K. N. Papastavros, D.Tsipianitis and A. Kavga, 2021, Development of an Integrated IoT-Based Greenhouse Control Three-Device Robotic System, Agronomy 11, 405, https://doi.org/10.3390/agronomy11020405
