Förbättring av agrivoltaiska systemprestanda med spektralt selektiva solceller

Om projektet

Sverige har satt upp de mycket utmanande målen att uppnå 100 % förnybar el till 2040 och inga nettoutsläpp av växthusgaser till 2045. Ändå är den nuvarande installerade solcellskapaciteten långt under den planerade kapaciteten som krävs för ett helt förnybart elsystem på cirka 10-30 GWp senast 2050. Trots en tydlig marknadstrend när det gäller installation av markmonterade solcellsanläggningar i bruksskala, har den svenska regeringen inga investeringsstöd för solparker eller solsystem.

Installationskostnaderna för PV-system i allmän skala är betydligt lägre än för distribuerade PV-system för kommersiella eller privata hem, och systemoptimeringen kan garantera högre energi och ekonomisk prestanda. Vanligtvis installeras storskaliga markmonterade solcellssystem på jordbruksmark (d.v.s. åkermark eller betesmark) för enkelheten och kostnaden för installationen. Ändå har installation av solcellsanläggningar på jordbruksmark fått mycket kritik, mestadels relaterad till visuella effekter och etiska skäl kopplade till markanvändning för energiändamål snarare än för livsmedelsproduktion.

Det finns en konflikt mellan SDG 2 "Zero Hunger" och SDG 7 "Affordable and Clean Energy" och SDG 13 "Climate Action". Agrivoltaiska system representerar ett svar på denna "konflikt". Ett agrovoltaiskt system kombinerar PV-produktion med standardjordbruksmetoder med hjälp av unika PV-stödjande strukturer och banbrytande teknologier såsom bifacial PV-moduler eller våglängds-/spektrumselektiva solcellsmoduler. Konceptet bakom agrovoltaiska system är att minimalt störa odlingsproduktionen samtidigt som man garanterar elproduktion på samma mark. I det mesta av forskningen som utförs på agrovoltaiska system i öppna fält används kiselbaserade solceller (dvs i monofacial eller bifacial PV-moduler). För att garantera mindre skuggningar och lägre påverkan av skuggningar på skörden kan kiselbaserade PV-moduler med lägre densitet av solcellerna användas.

En ytterligare forskning och marknadstrend är att implementera nya solcellsteknologier såsom våglängds-/spektrumselektiva solceller som selektivt absorberar specifika våglängder av solspektrumet samtidigt som andra våglängder kan sändas. Användningen av denna nya nyckelteknologi för att kombinera solelproduktion och växtodling har hittills varit begränsad till växthusapplikationer. Detta förslag syftar till att fylla denna forskningslucka genom att etablera en småskalig APV vid ett öppet fält baserad på semi-transparenta våglängds/spektrumselektiva solceller som kommer att komplettera den redan väletablerade första APV i Sverige som är installerad på Kärrbo Prästgård.

Syfte

Huvudsyftet med detta projekt är att öka kunskapen om hur semi-transparenta spektralt selektiva PV-moduler, som vanligtvis används för att bygga integrerade projekt eller växthus, kan användas och påverka prestandan hos agrovoltaiska system i öppna fält. Detta kommer att uppnås genom att utveckla och validera ett unikt verktyg för simulering, optimering och optimal design av agrovoltaiska system integrerade med semitransparenta spektralt selektiva PV-moduler.

Projektmål

Huvudsyftet och huvudforskningsfrågorna i detta projekt kommer att uppnås/besvaras av två specifika mål:

• att etablera ett småskaligt agrovoltaiskt system baserat på spektralt selektiva solceller vid Kärrbo Prästgård
• att avsevärt förbättra den modell som utvecklats i våra tidigare studier för att utföra teknoekonomiska simuleringar och optimeringar av agrovoltaiska system baserade på spektralt selektiva solceller.

Aktiviteter

De huvudsakliga metoderna som tillämpas i detta föreslagna forskningsprojekt kommer att bestå av:

• att utföra en litteraturgenomgång rörande användningen av spektralt selektiva solceller för agrovoltaiska tillämpningar
• interagera med projektstödjarna för att bättre förstå industri- och jordbruksbehoven
• upprättande av ett småskaligt banbrytande experiment
• utveckla vår avancerade modell för att kunna utföra simulering och optimering av agrovoltaiska system baserade på spektralt selektiva solceller.