Корнелльский университет (США): Перовскитные тандемные агровольтаики ежегодно компенсируют 30,9 млн тонн CO₂

Репортаж от Wedoany，Исследовательская группа Корнелльского университета оценила потенциал устойчивости интеграции передовых перовскитных тандемных фотоэлектрических технологий в производство салата-латука в рамках агровольтаики в США. Эта оценка жизненного цикла «от фермы до стола» сосредоточена на тандемных технологиях перовскит-кремний (P-S) и перовскит-перовскит (P-P) в сравнении с традиционным кремниевым фотоэлектрическим базовым уровнем.

Автор-корреспондент Фэнци Ю (Fengqi You) отметил, что исследование рассматривает агровольтаику как комплексную систему «продовольствие-энергия-вода», а не просто как вопрос развертывания фотоэлектрических систем или урожайности фермерских культур. По словам Фэнци Ю, это первая перспективная оценка жизненного цикла «от фермы до стола» для производства продуктов питания в рамках агровольтаики с использованием новых перовскитных тандемных фотоэлектрических технологий. Команда объединила сценарии с передовыми солнечными модулями, гипотезы циклической переработки, региональные данные о сельскохозяйственном производстве, данные об орошении и транспортировке, а также данные о потерях и отходах продовольствия во всей цепочке поставок, чтобы на системном уровне оценить способность фермы одновременно производить продукты питания, генерировать чистую электроэнергию, сокращать выбросы парниковых газов, экономить водные ресурсы и смягчать конкуренцию за землепользование.

Исследовательская группа изучила основные регионы выращивания салата-латука в США, включая центральное и южное побережье Калифорнии, южные пустыни, Центральную долину, а также Аризону и Флориду. Используя текущие региональные данные о производстве и урожайности, были проанализированы изменения в конфигурациях агровольтаики, технологиях, сроках службы систем и эффективности преобразования энергии (PCE) в различных сценариях. Конфигурации с полной плотностью, половинной плотностью, одноосным слежением и двухосным слежением снижали урожайность салата-латука на 40%, 20%, 12% и 5% соответственно, одновременно снижая потребность в орошении на 50%, 30%, 30% и 15% соответственно.

Для тандемов P-S были приняты три сценария PCE: максимальные 25%, 30% и 35%. Для тандемов P-P также были установлены три сценария: 25%, 30% и 35%, с моделированием сроков службы системы в 2, 5 и 10 лет.

Ученые применили комплексный метод оценки жизненного цикла «от фермы до стола» для количественной оценки выбросов парниковых газов и воздействия на водные ресурсы, связанных с потреблением 1 кг свежего салата-латука. Границы системы охватывают производство удобрений, орошение, выращивание, сбор урожая, производство и эксплуатацию фотоэлектрических систем, упаковку, холодильную транспортировку, розничное распределение, пищевые отходы потребителей и захоронение на свалках, а также включают генерацию электроэнергии фотоэлектрическими системами, переработку компонентов и этапы повторного производства в рамках циклической солнечной экономики, при этом экологические выгоды от солнечной электроэнергии учитываются как предотвращенные выбросы от электросети.

Исследование показало, что при благоприятных условиях преобразование полей салата-латука в США в агровольтаику может ежегодно компенсировать до 30,9 млн тонн эквивалента CO₂ и экономить около 8,4 млрд кубических метров воды. Другим примечательным открытием стали географические различия: наибольший потенциал компенсации углерода на килограмм салата-латука не обязательно приходится на регионы с самым высоким уровнем солнечного излучения. Например, во Флориде, несмотря на более низкую солнечную радиацию по сравнению с пустынными регионами, более низкая сельскохозяйственная урожайность означает, что на каждый килограмм салата-латука приходится большая площадь земли, что позволяет генерировать больше солнечной энергии в конфигурации агровольтаики, демонстрируя тем самым более высокий удельный потенциал декарбонизации. Что касается водосбережения, наибольший потенциал наблюдается в регионах с дефицитом воды, таких как южные пустыни Калифорнии и Аризона.

Фэнци Ю резюмировал, что при ответственном проектировании агровольтаика следующего поколения может превратить сельскохозяйственные угодья из арены конкуренции между продовольствием и энергией в платформу, интегрирующую производство продуктов питания, генерацию чистой электроэнергии и экономию водных ресурсов. Результаты исследования опубликованы в журнале Nexus под названием «Advancing Food-Energy-Water Sustainability with Scalable Perovskite Tandem Agrivoltaics».

Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com