Батареи для производства солнечной энергии занимают много места. Как сделать их более экологически полезными для земли, на которой они расположены

Солнечные панели затеняют пастбища Jack’s Solar Garden, агроэлектрической фермы в Лонгмонте, штат Колорадо. Мэтью Стерчио , CC BY-ND

В усилиях общества найти способы сократить выбросы парниковых газов и замедлить изменение климата, развитие крупномасштабной солнечной энергетики играет центральную роль. Климатологи рассматривают её как инструмент с наибольшим потенциалом сокращения выбросов углекислого газа к 2030 году . В США Министерство энергетики прогнозирует, что на солнечную энергию будет приходиться почти 60% всех новых электрогенерирующих мощностей коммунальных предприятий, установленных в 2024 году.

Но идеальные места для развития солнечной энергетики часто совпадают с пахотными землями или лугами, используемыми для выпаса скота . Обычно крупномасштабные солнечные батареи проектируются для максимального увеличения выработки энергии без особого внимания к экосистемам, в которых они расположены.

Например, выравнивание земель и удаление растительности может вызвать эрозию и привести к попаданию стоков в водные пути . Разработчики солнечной энергии были оштрафованы за подобные экологические нарушения в Джорджии , Массачусетсе , Алабаме, Айдахо и Иллинойсе .

Также существуют опасения по поводу того, как большие солнечные установки повлияют на структуру передвижения животных . На западе США удаление местной растительности ради освобождения места для солнечных ферм может поставить под угрозу исчезающих животных и насекомых, для которых эти растения являются пищей и средой обитания. Местным растительным сообществам требуется много времени, чтобы восстановиться на этих ограниченных водой территориях после того, как они были нарушены.

Я эколог и член исследовательской группы под руководством Алана Кнаппа в Университете штата Колорадо. Мы исследуем, как развитие солнечной энергии влияет на здоровье пастбищных экосистем – в частности, на рост растений и модели использования воды, а также реакцию на изменение освещения после установки солнечных панелей над головой. Благодаря этой работе мы надеемся создать более устойчивое будущее солнечной энергии.

Два вида землепользования лучше, чем один

Растущая альтернатива использованию земли исключительно для производства солнечной энергии называется африольтаикой. Как следует из названия, эта стратегия сочетает в себе экономику и солнечную энергетику на одном участке земли. Агривольтаические проекты могут быть реализованы на пахотных землях, пастбищах и в местах обитания, необходимых для опылителей. Этот подход двойного назначения к развитию солнечной энергетики стал популярным во всем мире.

Подавляющее большинство агровольтаических проектов в США реализуются на землях, предназначенных для выпаса скота и окружающей среды обитания опылителей. Эти участки идеально подходят для размещения солнечной энергии, поскольку, в отличие от пахотных земель, они не требуют орошений или использования крупной техники.

Однако на этих землях рост растений поддерживают дожди, а наличие солнечных батарей влияет на то, как вода достигает почвы. Большинство агроэлектрических батарей используют программы слежения за солнцем, которые максимизируют выработку энергии за счет наклона панелей, следуя за солнцем по небу. При этом панели создают особую микросреду, сильно отличающуюся от природных условий.

Например, в Колорадо большая часть осадков выпадает во второй половине дня, когда солнечные панели наклонены на запад к солнцу. В результате большая часть осадков на агроэлектрических объектах концентрируется на западных краях панелей, где они выпадают на землю. Такое перераспределение может увеличить количество осадков на краях панелей почти в четыре раза, одновременно ограничивая количество осадков на других участках.

Еще одним фактором является то, что солнечные панели создают тень на лугах, адаптированных к условиям высокой освещенности. Поскольку массивы оптимизированы для улавливания солнечного света, гораздо меньше света достигает растений под панелями.

Экология эковольтаики

На данный момент наша работа показывает, что различные микросреды, создаваемые солнечными батареями, создают одинаково разнообразные модели роста растений. Этот вывод обнадеживает: он означает, что изменений окружающей среды, создаваемых солнечными панелями, пассивно отслеживающими солнце, достаточно, чтобы заставить растения реагировать по-другому. Эта микросреда потенциально может поддерживать мозаику растительных сообществ, которым выгодны различные условия.

В некоторых случаях подобные смешанные условия с разным уровнем света и воды могут оказаться полезными. Хорошо проверенная концепция восстановительной экологии – науки о восстановлении поврежденных экосистем – заключается в том, что более разнообразная среда поддерживает более разнообразные сочетания растений и животных.

В статье 2023 года мы изложили концепцию, которая призывает к экологически обоснованному подходу к развитию солнечной энергетики. Этот подход, называемый эковольтаикой, требует уделять равное внимание производству энергии и предоставлению экосистемных услуг.

Эковольтаический подход позволяет землепользователям использовать солнечную энергию в своих интересах. Проектирование и управление солнечными батареями способами, основанными на фундаментальных экологических концепциях, может обеспечить большую синергию между экосистемами и солнечной энергией.

Схема, показывающая способы расположения рядов солнечных панелей, изменения их угла или высоты для достижения различных экологических результатов. Экоэлектрические системы могут быть сконфигурированы по-разному для достижения конкретных экологических целей, таких как сокращение потерь воды из почвы или создание тенистых зон для выпаса скота. Мэтью Стурчио, CC BY-ND

Землепользователи могли бы использовать эковольтаические подходы для улучшения деградированных земель путем разработки солнечных батарей для усиления естественных процессов. Например, поскольку края солнечных панелей перераспределяют и концентрируют осадки, делая почву под ними более влажной, они могут способствовать приживлению рассады в этих местах.

В засушливых регионах можно было бы спроектировать массивы для усиления этого эффекта и улучшения восстановления. Если воды не хватает, можно спроектировать массивы так, чтобы уменьшить количество обнаженной земли, что, в свою очередь, уменьшит количество воды, теряемой в атмосферу за счет испарения.