カラフルな太陽光パネルで農場は作物と電力を同時に収穫できる
農地に再生可能エネルギーを導入したい農家は、長らく厄介なトレードオフに直面してきた。最も多くの電力を生み出す不透明なパネルは、最も深い日陰も作るのだ。新しい研究によると、鮮やかなマゼンタ色に着色したカスタマイズされた半透明太陽光パネルは、その差を埋めることができる。発電しながら、光スペクトルの最も有用な部分を下で育つ作物へと導くのだ。
10月2日にCell Reports Physical Scienceで発表予定のこの研究は、スウェーデンのKärrbo Prästgård農場の実験サイトでパネルの下で栽培されたブロッコリーに焦点を当てている。調査結果によると、ブロッコリーは野外で栽培された植物よりも太陽光を効率的に吸収し、収穫された花蕾は最終的に従来栽培のブロッコリーと同じ大きさに達したが、成熟には25日余分にかかった。
この研究は、太陽光発電設備の下の土地の生産性を犠牲にすることなく再生可能電力を生産したい農家にとって、潜在的なツールを示している。
マゼンタ色パネルの仕組み
論文の著者の一人であるスウェーデン・ベステロースのMälardalen大学のSilvia Ma Lu氏によると、基本的な概念は単純だ。パネルは入射太陽光の一部を遮り、再生可能電力に変換し、残りを下の作物に通過させる。彼女が説明するより広い狙いは、太陽光を植物への供給と電力網への供給という2つの役割に太陽スペクトルを分割することで、より効率的に利用できるかどうかを見極めることだ。
マゼンタ色は恣意的な美的選択ではない。不透明なパネルのように無差別に光を遮るのではなく、半透明の設計は太陽スペクトルをフィルタリングし、植物が最も依存する波長帯である青色と赤色の波長を作物のキャノピーに向けて強調する。
- 部分透過：入射太陽光の一部がパネルを通過して植物に届く。
- 発電：パネルが取り込んだ光は再生可能電力に変換される。
- スペクトル調整：作物の生育を支えるために青色と赤色の波長が強化される。
- 物理的保護：畑の上にパネルを設置することで、植物を過度の日光や、雹や大雨などの極端な気象から守ることもできる。
ブロッコリー試験で明らかになったこと
研究者たちは試験作物としてブロッコリーに注目し、スウェーデンの実験サイトで着色された半透明パネルの下で栽培した。主な結果は、野外で栽培されたブロッコリーと比較して、植物が利用可能な太陽光を利用する効率が4.5倍に増加したことだった。実際には、この効率向上は収穫に現れた。マゼンタ色パネルの下で生産されたブロッコリーは、従来の露地栽培のブロッコリーと同じ大きさに育ったのだ。
しかし、落とし穴があった。保護された植物は、完全な日光の下の counterparts よりも成熟するのに25日余分にかかった。この遅延は、厳しい作付けスケジュール、連続収穫、または特定の市場時期に合わせることに依存する契約を扱う栽培者にとって重要だ。また、パネルの下の光環境は、スペクトル的には好ましいものの、あらゆる点で無制限の太陽光の完全な代替にはならないことを示唆している。
それでも、完全な大きさの収穫とオンサイト発電の組み合わせは、このアプローチを追求する価値のある結果だ。畑に食料か電力かの選択を求めるのではなく、このシステムは両方を求める。
アグリボルタイクスが関心を集める理由
農地に従来の太陽光パネルを設置することは、すでに農家に、利用可能で広々とした土地で再生可能電力を生産する方法を提供し、同時に作物を過度の直射日光や有害な気象から保護する。困難なのは、標準的な濃青色の太陽光発電パネルが通常不透明であることだ。畑の上に設置すると、多くの作物が耐えられる以上の日陰を作り、収量を押し下げる可能性がある。
まさにそれが、半透明および着色パネルが緩和するように設計されている問題だ。制御された割合の光を通過させ、どの波長が通過するかを形作ることで、電力生産を意味のあるものに保ちながら、下の植物に十分な使用可能な光を残すことを目指している。スウェーデンのブロッコリー試験はその取り組みにおける一つのデータポイントであり、マゼンタ色フィルターが単に光を全体的に減らすのではなく、特定の作物に役立つように調整できるかを試している。
すべての農場に合う単一の設計はない
Ma Lu氏は、この結果を普遍的なレシピとして過大評価しないよう慎重だ。彼女の見解では、すべての場所で最適に機能する単一のアグリボルタイク構成は存在しない。スウェーデンの農場でブロッコリーに機能するものが、異なる作物、異なる緯度、または異なる気候に直接当てはまるとは限らない。
彼女は、さまざまな作物が異なるシステム設定やさまざまな気候条件にどのように反応するかを理解し、農業生産と再生可能電力生成のバランスを真に取る設置を設計するには、さらなる研究が必要だと主張する。目標は、パネルの色や透明度のレベルの中で勝者を宣言することではなく、栽培者が自分の土地、作物、エネルギー目標にシステムを合わせられるようにする証拠の蓄積を構築することだ。
まだ解決すべき課題
着色パネルが実際の農地の上で日常的な光景になる前に、いくつかの未解決の疑問が残っている。ブロッコリーの25日間の成熟ギャップは、他の作物、特に生育期間が短いものや収穫期限が厳しいものが同じフィルタリングされた光にどう反応するかという疑問を提起する。通常、完全に不透明な代替品よりも単位面積あたりの発電量が少ない半透明パネルの設置コストも、その下で保護される作物の価値と比較検討する必要があるだろう。
研究者たちはまた、システムが複数の季節にわたり、実際の農場が経験するさまざまな気象条件全体でどのように振る舞うかを知りたがっている。パネルがそらすのに役立つ雹や大雨から、光がすでに乏しい曇りの時期まで。これらの変数のそれぞれが、畑が生産する電力量と収穫する食料の量のバランスを変えうる。
主なポイント
- カスタマイズされた半透明マゼンタ色太陽光パネルは、スウェーデンの実験サイトでその下で育つブロッコリーのために青色と赤色の波長を強化しながら発電した。
- 保護されたブロッコリーは太陽光利用効率が4.5倍に増加し、野外で育てられたブロッコリーと同じ大きさに育った。
- トレードオフ：パネルの下の植物は成熟するのに25日余分にかかった。
- 着色された半透明パネルは、農地における不透明な濃青色パネルによる過度の日陰を避ける方法として検討されている。
- 研究の著者らは、すべての作物、構成、気候に合う単一のアグリボルタイク設計はなく、食料生産と再生可能電力生成のバランスを取るにはさらなる研究が必要だと述べている。
この記事はPhys.orgの報道に基づいています。元の記事を読む。
Originally published on phys.org
