Güneş enerjisi teknolojisi, en yaygın olarak güneş çiftliklerinde kullanılan büyük güneş panelleri şeklinde bilinir ve 2050 yılına kadar baskın bir enerji kaynağı haline gelmesi bekleniyor. Ancak bu paneller genellikle, büyüyen bir nüfusu beslemek için kullanılabilecek araziler üzerine kuruluyor.
Agrivoltaik sistemler, bu sorunu çözmek amacıyla bitkilerin etrafına veya güneş paneli sıralarının altına ekim yaparak daha verimli arazi kullanımı sağlamayı amaçlıyor. Önceki çalışmalarda, güneş panellerinin belirli bitkileri gölgeleyerek ve koruyarak aynı zamanda toprak nemini artırdığı gösterilmişti; bu da dikkatlice tasarlanmış sistemlerin hem tarımı hem de temiz enerji üretimini destekleyebileceğini düşündürmektedir.
Mevcut agrivoltaik araştırmaları ise genellikle ışık yoğunluğu veya bitki büyümesi gibi sürecin yalnızca bir yönüne odaklanıyor; bu da mikro iklimler, bitki türü, ışık ve panel tipi arasındaki karmaşık etkileşimleri ele almıyor. Araştırmacılar, güneş panelleri ile bitkiler arasındaki etkileşimleri simüle edebilen ve hatta gerçek koşullardaki işçilerin karşılaşabileceği ısı stresi sorununu da ele alan yeni bir model sunuyorlar.
Bu yeni model, güneş panelleri, bitkiler, toprak, hava akımı ve su hareketi ile karbon dioksit emilimi arasındaki etkileşimleri simüle ediyor; enerji, momentum ve kütlenin agrivoltaik sistem içindeki hareketini takip ederek yapıyor. Araştırmacılar, Kaliforniya’daki yaprak sıcaklığı ölçümleri ve Minnesota’daki toprak sıcaklığı ölçümleri dahil olmak üzere agrivoltaik saha verilerini kullanarak modelin performansının gerçek dünya koşullarıyla ne kadar uyumlu olduğunu değerlendirdiler.
Daha sonra araştırmacılar, yoğun nüfuslu orta Atlantik bölgesinde yer alan ve gıda ile enerjinin her ikisinin de yüksek talep gördüğü Princeton, New Jersey’den alınan hava durumu verilerini kullanarak hipotetik bir agrivoltaik domates çiftliğini simüle ettiler.
Açık alanda yetiştirilen domateslere kıyasla, güneş panelleri altında yetiştirilen domatesler gün boyunca ortalama 1.84°C daha düşük yaprak sıcaklıklarına sahipken, özellikle öğleden sonraki en sıcak saatlerde bu fark 7.56°C’ye kadar çıkıyordu; bu da bitkilerden kaynaklanan su kaybını (evapotranspirasyon) %22.4 oranında azaltıyordu. Simüle edilen bitkiler %47 daha az güneş ışığı almasına rağmen, karbon emilimi yalnızca %31 oranında azalmıştı; bu da daha ılımlı koşulların ısı stresini azalttığını ve artan gölgenin etkilerini kısmen telafi ettiğini gösteriyor.
Güneş panellerinin kendisi de çıplak topraklı panellere kıyasla gün boyunca ortalama 5.6°C daha soğuktu; bu da sıcak havalarda kaybedilen verimliliğin yaklaşık %15’ini geri kazanmasını sağladı. İnsanların algıladığı ortalama sıcaklıklar çalışma saatleri boyunca 4.46°C azaldı; bu da çiftlik çalışanları için önemli mesleki sağlık ve güvenlik faydaları olduğunu gösteriyor. Araştırmacılar, bu modelin agrivoltaik çiftliklerin potansiyel faydalarının yanı sıra diğer iklim ve bitki kombinasyonlarının da incelenmesinde kullanılabileceğini belirtiyorlar.
