Analysis of an Agrivoltaic System at Skjetlein High School, Norway

Abstract

Agrivoltaics er et system for samlokalisering av solcellepaneler med landbruksvekster, hvor panelene er montert på en struktur over avlingene eller er integrert i avlingenes baldakin. Dette systemet adresserer utfordringen med konkurrerende arealbruk mellom energiproduksjon fra solstråling og landbruksaktiviteter (dvs. dobbel bruk av jorden), samt utfordringen med effektiv arealbruk i møte med klimaendringer og økende befolkning. Agrivoltaiske systemer kan forbedre ressursbrukseffektiviteten ved å forbedre utnyttelsen av naturressurser, land, vann og fornybare energikilder som solstråling. Denne studien presenterer et agrovoltaisk system som tar sikte på å kartlegge mikroklimaparametrene (f.eks. temperatur, fuktighet, vind) i nærheten og mellom panelene for å forstå virkningene av installasjonen av solcellepanelene på lokale miljøforhold, som til slutt kan brukes til å forstå hvordan disse forhold påvirker planteveksten. Prosjektet vil innebære installasjon av vertikalt monterte PV-paneler over et småskala jordbruksfelt ved Skjetlein videregående skole, og overvåkingsinstrumenter vil bli utplassert for å måle de mikroklimatiske variablene. Dataene som samles inn vil bli analysert for å bestemme effekten av panelene på mikroklima og plantevekst, samt validere prediktive modeller av det lokale mikroklimaet. Envi-met-programvaren som brukes til urban mikroklimamodellering vil bli brukt her for å lage spådommer om hvordan det lokale mikroklimaet vil reagere i nærvær av PV-panelene. Fotosyntetisk aktiv Stråling og temperatur regnes som de vekstdefinerende faktorene for avlingen, og er derfor viktig å måle i det fysiske systemet. I tillegg vil faktorer som nedbør, fordampning (fuktighet og vind) og jordegenskaper også bli målt da vannbalansen i avlingene kan betraktes som de viktigste vekstbegrensende faktorene. Prosjektets langsiktige mål er å undersøke potensialet til agrovoltaiske systemer for å forbedre avlinger og ressursbrukseffektivitet. Kartlegging av mikroklimatiske variabler er avgjørende for å bestemme de optimale konfigurasjonene av det agrovoltaiske systemet for å maksimere planteveksten og minimere panelenes negative innvirkning på avlingen. Resultatene av dette prosjektet vil gi verdifull innsikt i design og forvaltning av agrovoltaiske systemer på steder med høy breddegrad, og bidra til utviklingen av bærekraftige og effektive systemer som kan bidra til energiomstillingen og bærekraftig landbruk.

Agrivoltaics is a system of co-locating solar photovoltaic panels with agricultural crops, where the panels are mounted on a structure above the crops or are integrated into the crops' canopy. This system addresses the challenge of competing land use between energy generation from solar radiation and agricultural activities (i.e., dual use of the land), as well as the challenge of efficient land use in the face of climate change and rising populations. Agrivoltaic systems can enhance resource-use efficiency by improving the utilization of natural resources, land, water, and renewable energy sources such as solar radiation. This study presents an Agrivoltaic system aimed at mapping the microclimate parameters (e.g., temperature, humidity, wind) nearby and between panels to understand the impacts of the installation of the PV panels on local environmental conditions, which can eventually be used to understand how these conditions affect the plant growth. The project will involve the installation of vertical mounted PV panels over a small-scale agricultural field at Skjetlein High School, and monitoring instruments will be deployed to measure the microclimatic variables. The data collected will be analyzed to determine the effects of the panels on microclimate and plant growth, as well as validating predictive models of the local microclimate. The Envi-met software used for urban microclimate modelling will be used here to create predictions on how the local microclimate will react in the presence of the PV panels. Photosynthetically Active Radiation and temperature are considered the growth defining factors for the crop, and are thus important to measure in the physical system. Additionally, factors such as precipitation, evaporation (humidity and wind), and soil properties will also be measured as the water balance within the crops can be considered the most important growth limiting factors. The project's long-term objective is to investigate the potential of Agrivoltaic systems to improve crop yields and resource-use efficiency. The mapping of microclimatic variables is essential to determine the optimal configurations of the Agrivoltaic system to maximize plant growth and minimize the panels' negative impacts on the crop. The results of this project will provide valuable insights into the design and management of Agrivoltaic systems at high latitude locations, contributing to the development of sustainable and efficient systems that can contribute to the energy transition and sustainable agriculture.