Prognostiserat att tillfredsställa uppemot 30 % av den globala efterfrågan på el år 2100, solcellsteknik (PV) har inlett en ny gryning för förnybar, hållbar energi. Även om det är lovande, utbyggnaden av energitekniken är inte utan utmaningar.

De omfattande landskapsändringar som krävs av solcellsinstallation, till exempel, kan ha negativ miljöpåverkan, särskilt i samband med markstörningar, vilket kan påverka markfuktighet och näringsfördelning i marken och dess förmåga att vara värd för inhemsk vegetation. Och dessa jordskiften kan pågå under en arrays 20–30-åriga livslängd och eventuellt sträcka sig långt efter installationsborttagningen.

I en nyligen publicerad artikel för Frontiers in Environmental Science , National Renewable Energy Laboratory (NREL) forskare Jordan Macknick och kollegor från Temple University och University of California, Davis, tog en närmare titt på effekterna av solcellspaneler på markegenskaper och huruvida revegetering framgångsrikt kan mildra negativa effekter från installation och konstruktion av solpaneler.

Åtgärd genom återintroduktion

För att förbereda en plats för installation av solpaneler, under traditionella metoder, växtlighet tas bort, markytan är graderad, och fyllning tillsätts och komprimeras. Studier har funnit att borttagning av vegetation runt och under PV-matriser kan leda till en mängd problem, från ökningar av avrinning och jorderosion till stigande lufttemperaturer över PV-matriser. Och detta kan vara ett växande problem:år 2050, Global solenergiutbyggnad kan kräva ungefär 25 miljoner hektar mark – mark som kommer att genomgå ändringar som kommer att påverka dess fysiska, kemisk, och biologiska egenskaper.

En mängd forskning har utförts för att förbättra miljökompatibiliteten för solenergiprojekt genom ämnen som samlokalisering av arrayer och jordbruk (känd som "agrivoltaics"), samt avrinning och mikroklimatpåverkan vid solcellsanläggningar. NREL har studerat framgången med återväxt på solceller, men effekterna av återinförandet av inhemsk vegetation på markegenskaperna på sådana platser har inte studerats eller övervägts i stor omfattning.

För att bedöma effekterna på markytan av PV-utbyggnad, samt informera framtida riktlinjer för platsbevarande, forskargruppen slutförde en serie fältbaserade undersökningar av solcellspaneler och samlokaliseringsstrategier på markegenskaper.

Smutsa ner händerna

För att förstå om återväxten av en solcellsanläggning kan återställa markegenskaperna till dem som finns hos ett ostört stycke mark, forskargruppen jämförde markegenskaperna på en solcellsanläggning som hade återväxt med inhemska gräs med egenskaperna på en ostörd intilliggande plats.

Jordprover och fältmätningar insamlades längs tre transekter - en förutbestämd väg där data samlas in med jämna mellanrum - i det återvegeterade området på PV-platsen, samt från en fjärde transekt i den intilliggande ostörda gräsmarken (referensjord).

Teamet tog markmätningar och provtagning vid fyra punkter på varje transekt:under den östra kanten av varje solpanel, under mitten av panelen, under panelens västra kant, och i det otäckta utrymmet intill varje panel. Varje transekt stod för 16 provtagningsplatser, 48 totalt över de 4 transekterna.

Fältproverna analyserades, jämföra en rad egenskaper från de återvegeterade platsen proverna med de från den ostörda platsen:

Markfuktighet

Fukten visade sig vara större vid solcellsanläggningen. Forskare tror att detta kan tillskrivas den skuggning och vindskydd som arrayen tillhandahåller.

De fann också att PV-matriser kan öka heterogeniteten i fuktfördelning, speciellt längs de lågt liggande kanterna på panelerna. Detta kan få konsekvenser för samlokaliserat jordbruk, särskilt i torra klimat.

Hydraulisk konduktivitet och partikelstorlek

Forskare fann att medan det inte fanns några mätbara skillnader i kornstorleksfördelning mellan solcellsanläggningen och referensjordarna, de fann att hydraulisk ledningsförmåga, eller jordens förmåga att dränera vatten, var förhöjd i området direkt under solpanelerna. Detta kan tillskrivas minskade underhållsrelaterade störningar på platsen – ostörd jord är mindre kompakt och, Således, är effektivare för att dränera ut fukt.

Kol och kväve

Forskare observerade avsevärt lägre koncentrationer av totala kol- och kvävenivåer i solcellsjorden jämfört med referensjorden, sannolikt orsakat av avlägsnandet av matjord under konstruktionen av matriserna. Forskningen föreslog att 7 år efter byggandet av PV-platsen, kretsloppet av näringsämnen hade ännu inte återupprättats och marken kunde inte binda kol som den inhemska jorden kunde. Långsiktig forskning behövs för att förstå effekterna på dekadisk skala.

Energi- och jordbrukssymbios

Övergripande, heterogenitet var ett vanligt tema för resultaten, från rumslig till miljö; dock, forskare fann att det inte var ett helt problematiskt förslag.

Närvaron av arrayerna orsakade rumslig heterogenitet i markfuktigheten, vilket innebär att solpanelerna ledde till koncentrerade områden av fukt i jorden under panelerna på grund av deras placering och orientering. Och medan jordegenskaperna som finns i arrayproverna skiljer sig från dem i den inhemska tomten, forskarna fann att paneler kunde vara strategiskt orienterade för att styra regn mot eller bort från jorden nedanför, tillgodose bevattningsbehoven för olika typer av växter.

Dessutom, eftersom den okomprimerade jorden under panelerna lät den dränera fukt snabbt, det skulle kunna fungera som ett lämpligt odlingsutrymme för torkbeständiga, samlokaliserade grödor.

En viktig del av denna forskning är att solpaneler kan användas för att omfördela nederbörd, med positiva konsekvenser för samlokalisering av jordbruksgrödor. För att på bästa sätt utnyttja de fuktkontrollerande funktionerna hos PV-panelerna, Installatörer måste förstå tidpunkten och riktningen för nederbörden för att åstadkomma de önskade markfuktighetseffekterna.