Verwacht wordt dat tegen 2100 meer dan 30% van de wereldwijde vraag naar elektriciteit zal worden gedekt, fotovoltaïsche (PV) technologie heeft een nieuwe dageraad ingeluid voor hernieuwbare, duurzame energie. Hoewel veelbelovend, uitbreiding van de energietechnologie is niet zonder uitdagingen.

De uitgebreide landschapsaanpassingen die nodig zijn door de installatie van zonnepanelen, bijvoorbeeld, kan negatieve gevolgen hebben voor het milieu, met name in het kader van bodemverstoring, die de bodemvocht- en nutriëntenverdeling in de bodem en het vermogen om inheemse vegetatie te huisvesten, kunnen beïnvloeden. En deze grondverschuivingen kunnen de levensduur van 20-30 jaar van een array aanhouden en mogelijk tot ver na de verwijdering van de installatie reiken.

In een recent gepubliceerd artikel voor Grenzen in milieuwetenschappen , National Renewable Energy Laboratory (NREL) onderzoeker Jordan Macknick en collega's van Temple University en de University of California, Davis, hebben de effecten van PV-arrays op bodemeigenschappen nader bekeken en of herbegroeiing de negatieve effecten van de installatie en constructie van zonnepanelen met succes kan verminderen.

Oplossing door herintroductie

Om een ​​locatie voor te bereiden voor de installatie van zonnepanelen, volgens traditionele praktijken, vegetatie wordt verwijderd, het oppervlak van de grond wordt gesorteerd, en vulling wordt toegevoegd en verdicht. Studies hebben aangetoond dat het verwijderen van vegetatie rond en onder PV-arrays tot tal van problemen kan leiden, van toename van afvoer en bodemerosie tot stijgende luchttemperaturen boven PV-arrays. En dit zou een groeiend probleem kunnen zijn:tegen 2050, wereldwijde inzet van zonne-energie zou ongeveer 25 miljoen hectare land kunnen claimen - land dat wijzigingen zal ondergaan die van invloed zullen zijn op de fysieke, chemisch, en biologische eigenschappen.

Er is een verscheidenheid aan onderzoek uitgevoerd om de milieucompatibiliteit van zonne-energieprojecten te verbeteren door middel van onderwerpen zoals de co-locatie van arrays en landbouw (bekend als "agrivoltaics"), evenals afvloeiing en microklimatologische effecten bij PV-installaties. NREL heeft het succes van herbegroeiing op zonneparken onderzocht, maar de effecten van de herintroductie van inheemse vegetatie op de bodemeigenschappen op dergelijke locaties zijn niet uitgebreid bestudeerd of overwogen.

Om de effecten van het gebruik van PV op het landoppervlak te beoordelen, evenals het informeren van toekomstige richtlijnen voor sitebehoud, het onderzoeksteam voltooide een reeks veldonderzoeken van PV-arrays en co-locatiestrategieën op bodemeigenschappen.

Hun handen vuil maken

Om te begrijpen of de herbegroeiing van een PV-site de bodemeigenschappen kan teruggeven aan die van een ongestoord stuk land, het onderzoeksteam vergeleek de bodemeigenschappen van een PV-site die was begroeid met inheemse grassen met die van een ongestoorde aangrenzende site.

Bodemmonsters en veldmetingen werden verzameld langs drie transecten - een vooraf bepaald pad waar gegevens met regelmatige tussenpozen worden verzameld - in het begroeide gebied van de PV-site, evenals uit een vierde transect in het aangrenzende ongestoorde grasland (referentiegrond).

Het team nam bodemmetingen en bemonstering op vier punten op elk transect:onder de oostrand van elk zonnepaneel, onder het midden van het paneel, onder de westelijke rand van het paneel, en in de onbedekte ruimte naast elk paneel. Elk transect was goed voor 16 bemonsteringslocaties, 48 in totaal over de 4 transecten.

De veldmonsters zijn geanalyseerd, het vergelijken van een reeks eigenschappen van de herbegroeide sitemonsters met die van de ongestoorde site:

Bodemvocht

Het vocht bleek groter te zijn op de zonne-PV-site. Onderzoekers geloven dat dit kan worden toegeschreven aan de schaduw en windbescherming die door de array wordt geboden.

Ze ontdekten ook dat PV-arrays de heterogeniteit in vochtverdeling kunnen vergroten, vooral langs de laaggelegen randen van de panelen. Dit kan gevolgen hebben voor co-located landbouw, vooral in droge klimaten.

Hydraulische geleidbaarheid en deeltjesgrootte

Onderzoekers ontdekten dat, terwijl er geen meetbare verschillen werden gevonden in korrelgrootteverdeling tussen de zonne-PV-locatie en de referentiebodems, ze vonden wel dat hydraulische geleidbaarheid, of het vermogen van de bodem om water af te voeren, werd verhoogd in het gebied direct onder de zonnepanelen. Dit kan worden toegeschreven aan verminderde verstoringen in verband met het onderhoud van de site - onverstoorde grond is minder verdicht en, dus, is effectiever in het afvoeren van vocht.

Koolstof en stikstof

Onderzoekers observeerden aanzienlijk lagere concentraties van totaal koolstof- en stikstofgehalte in de zonne-PV-bodem ten opzichte van de referentiebodem, waarschijnlijk veroorzaakt door het verwijderen van de bovengrond tijdens de aanleg van de arrays. Het onderzoek suggereerde dat 7 jaar na de bouw van de PV-site, de nutriëntenkringloop was nog niet hersteld en de bodem was evenmin in staat koolstof vast te leggen als de oorspronkelijke bodem. Onderzoek op lange termijn is nodig om de effecten op een schaal van tien jaar te begrijpen.

Energie en landbouw symbiose

Algemeen, heterogeniteit was een gemeenschappelijk thema van de bevindingen, van ruimtelijk naar milieu; echter, onderzoekers ontdekten dat het niet een geheel problematische propositie was.

De aanwezigheid van de arrays veroorzaakte wel ruimtelijke heterogeniteit in bodemvocht, wat betekent dat de zonnepanelen door hun positie en oriëntatie tot geconcentreerde vochtplekken in de bodem onder de panelen leidden. En hoewel de bodemeigenschappen in de array-monsters verschillen van die in de oorspronkelijke plot, de onderzoekers ontdekten dat panelen strategisch kunnen worden georiënteerd om regen naar of weg van de bodem eronder te leiden, voldoen aan de irrigatiebehoeften van verschillende soorten planten.

Bovendien, omdat de ongecomprimeerde grond onder de panelen ervoor zorgde dat het vocht snel kon worden afgevoerd, het zou kunnen dienen als een geschikte kweekruimte voor droogtebestendige, naast elkaar gelegen gewassen.

Een belangrijke conclusie uit dit onderzoek is dat zonnepanelen kunnen worden gebruikt om neerslag te herverdelen, met positieve gevolgen voor co-locatie van landbouwgewassen. Om de vochtregulerende eigenschappen van de PV-panelen optimaal te benutten, installateurs moeten de timing en richting van regenval begrijpen om de gewenste bodemvochteffecten te produceren.