Что может дать солнечная архитектура для села?
Сельское хозяйство это в большей степени производство энергии в виде калорийности пищи, в меньшей степени это производство строительного материала для человеческих клеток.
КПД фотосинтеза растений в средней полосе России, с учетом осени и зимы не более 2%.
Энергетический топливный КПД березы в лучшем случае 0,5%
Вся история развития сельского хозяйства от подсечно-огневого земледелия через двуполье и трехполье до промышленного земледелия это рост КПД использования солнечной энергии с 0,1% до 2%
А КПД современной солнечной панели 20% преобразования солнечного света в электричество.
Конечно мы не едим энергию напрямую, но затраты дополнительной энергии составляют в среднем 20% в готовом блюде. Это расходы топлива сельхозтехники, транспортировка и приготовление еды на кухнях.
Достаточно разместить на 11% сельхозземель солнечные панели, чтобы энергетический КПД использования земли сельхозназначения вырос в два раза до 4%.
Причем значительную часть панелей можно разместить в виде ограждения участка тем самым уменьшив занимаемую площадь земли.
В одном гектаре 11% это 1100м2. Периметр участка на 1 гектар 400 метров погонных, на этом ограждении можно разместить 900 м2 двухсторонних солнечных панелей в виде Солнечного Забора. Значит всего 2% площади участка под солнечные панели дают рост энергетического КПД в два раза до 4%!
То есть, всю историю сельского хозяйства можно поделить на два периода: до изобретения солнечных панелей и после.
Снижение урожайности из-за тени от солнечных панелей можно компенсировать за счет мониторинга, раннего обнаружения вредителей и болезней, что позволит сократить использование пестицидов на 50-80%. Квадрокоптеры осуществляющие мониторинг и точечное распрыскивание препаратов, будут работать на бесплатном электричестве.
Рынок электрической сельхозтехники сейчас активно развивается, эксперименты с электрическими тракторами проводили еще при советах.
В наших широтах, летом длинный световой день, много солнца и электрическая сельхозтехника сможет работать днем без необходимости в больших аккумуляторах.
Зимой вообще ничего не растет, а солнечные батареи продолжают работать и генерировать электроэнергию пусть и в меньшей степени чем летом.
Так 1 100 м2 солнечных панелей размещенные на одном гектаре принесут пассивный доход 0,5-2 млн рублей с гектара в среднем в 10 раз больше чем любая агропродукция (кроме наркотической)
За рубежом такая концепция сельского хозяйства (агровольтаика) активно развивается.
Концепция агровольтаики была первоначально предложена в 1982 году немецкими учеными А. Гетцбергером и А. Застроу как средство модификации солнечных электростанций, позволяющее увеличить урожайность на той же площади. Их идея заключалась в том, чтобы поднять солнечные коллекторы на два метра над землей и увеличить расстояние между ними, чтобы избежать чрезмерного затенения посевов.Ученые подсчитали, что благодаря такому проекту, реализованному, например, в Индии, мощность солнечных панелей на 34 тысячах га виноградников составляет 16 тысяч ГВт/ч. В результате компенсируются потребности в электроэнергии 15 миллионов жителей. При этом еще учтено, что электроэнергии в 0,47 ГВт/ч, вырабатываемой на одном гектаре, хватит для снабжения 500 человек.
В свою очередь этот метод также помогает защитить сельскохозяйственные культуры, выращиваемые в засушливых регионах, от солнечной радиации, предотвратить потерю воды. Как показали научные исследования, затенение сельскохозяйственных культур позволяет на 40 процентов снизить испарение влаги с почвы, что существенно сокращает расход воды.
С 2004 года в Японии началось строительство ряда небольших систем APV (англ. agrophotovoltaics, APV). Эти системы состоят из фотоэлектрических панелей (установленных на опорных столбах с интервалом в три метра), под которыми начато выращивание таких полезных культур, как баклажаны, помидоры, огурцы, капуста. Исходя из результатов эксперимента за пять лет (с 2013-го) при поддержке государства создано более 1900 солнечных ферм.
Уникальный опыт широко используется в десятках стран Америки, Европы, Азии и Африки. Так, исследования, проведенные в пустыне штата Аризона (США), практически доказали, что выращивание ряда культур под солнечными батареями снижает потребление воды на 30-50 процентов. В результате у фермеров снижается потребность в воде для выращивания сельскохозяйственных культур, что крайне необходимо в низкий или неравномерный сезон дождей. Кроме того, в засушливых условиях повышается плодородие почвы и появляется возможность получать высокий урожай в течение всего года.
В Китае крупнейшая на сегодня установка APV мощностью 700 МВт введена в эксплуатацию в 2017 году на плантации ягоды годжи (лекарственное растение) в Нинся-Хуэйском автономном регионе. В настоящее время ведутся работы по доведению ее мощности до 1 ГВт.
Согласно имеющимся данным, по завершении проекта это позволит экономить 557,6 тысячи тонн угольного топлива в год, предотвратит выброс в атмосферу около двух млн тонн вредных веществ и пыли, повысит урожайность.
По состоянию на 2022 год объем мирового рынка APV составлял 3,17 миллиарда долларов. Ожидается, что эта сумма будет расти на 12-15 процентов в год и к 2030-му достигнет почти девяти миллиардов. Согласно другим источникам, среднегодовой рост новой системы к 2027 году может составить не менее 40 процентов.
Современные исследования показывают: с использованием APV при выращивании разных сельскохозяйственных культур необходимо учитывать географические и климатические условия. Например, уменьшение солнечного света на 20 процентов привело к такому же процентному снижению урожайности риса и пшеницы. При выращивании картофеля, наоборот, урожайность увеличилась.
В 2024 году в Узбекистане был дан старт строительству французской компанией Voltalia солнечной электростанции мощностью 100 мегаватт. В результате будет вырабатываться 254 миллиона киловатт-часов зеленой энергии в год.В рамках проекта впервые в УЗбекистане будет использован опыт агровольтаики, который объединяет производство энергии и сельское хозяйство на одном участке, позволяя выращивать овощи и бахчевые культуры под солнечными панелями.
Сравнение фермерского хозяйства с агровольтаикой (1 га, 11% под солнечными панелями) и традиционного хозяйства (100 га)
Видно что при сравнимых доходах, головной боли намного меньше в первом варианте.
Здесь фермер может заниматься спокойным органическим земледелием в режиме дачного хобби и продавать высококачественную продукцию по заниженным ценам легко обходя конкурентов
Мы привыкли что цены на продукты всегда и постоянно растут, но это совсем не обязательно должно быть нормой. Можно сделать подписку за 800 рублей в месяц на растительную продуктовую корзину на 40 кг. Чтобы этого достичь потребуется 10 лет интенсивного внедрения существующих уже сегодня технологий. Сегодня такая корзина, стоит в среднем 5000 рублей в месяц.
Фермер с одного гектара мог бы продавать 500 продуктовых корзин в год на сумму 400 000 рублей и на 2 000 000 рублей продавать энергию двух типов электрическую и тепловую.
Без доходов от энергии минифермер продавал бы эти продуктовые корзины по 2 800 рублей, что примерно соответствует ценам если брать напрямую у фермера без посредников.
Электромобиль может экономить на доставке десятки процентов, рассмотрим на примере.
Сравнение стоимости доставки на разном топливе на 100 кг картофеля при его цене 20 рублей за кг
* Газовый автомобиль потребляет примерно на 20–25% больше топлива в литрах по сравнению с бензином, но газ дешевле.
Перевозка 100 кг картофеля на легковом бензиновом автомобиле, делает его дороже на 20%, на газовом на 15%, на электромобиле на 4%
В новой теме Солнечной Архитектуры сначала можно получить сотни и десятки процентов прироста эффективности, (можно лопатой выкапывать золотые самородки как картошку ), затем прорабатываются единичные проценты (промывка золотого песка), и когда развитие темы исчерпывается, речь заходит о долях процента прироста эффективности (золотая пыль). Автомобили с ДВС давно находятся в зоне прироста эффективности на доли процента, эта тема исчерпала себя.
С типового гектара можно получать не только растительную продукцию и электроэнергию, но можно также получать тепловую энергию из летних теплиц и направлять ее в отопительный период в жилые постройки.
В этом варианте реально достичь КПД 60%.
Общий КПД с гектара достигает 8%, в 4 раза больше чем у растений.
Простая теплица на 1000м2 может сгенерировать 600 000 кВт*ч в год тепловой энергии и если ее продавать даже по 2 рубля за 1 кВт*ч, то энергетический доход составит
1 200 000 рублей в год. (И это в пассивном режиме)
Энергия будет извлекаться тепловыми насосами работающим от солнечных панелей, которые в летний период будут в том числе защищать теплицу от жары, превращая тепло в горячую воду.
В летней теплице можно вырастить 10кг с квадратного метра, например томатов, это 10 000 кг, по 50 рублей за кг = 500 000 рублей. При чем это не пассивный доход а доход с затратами рабочей силы. Продажа тепловой энергии позволит снизить в два раза цены на продукцию и обойти конкурентов.
Одна теплица на 1000м2 может обеспечивать горячей водой 100 домов, или одну очень большую гостиницу.
В летней теплице можно выращивать растения с марта по октябрь
Не проблема отапливать теплицу-вегетарий и зимой, проблема в освещении, поскольку у растений КПД только 2%, то необходимо светить мощностью сотни ватт на каждый квадратный метр зимней теплицы. Это проблема решается выращиванием цитрусовых и других видов культур, которые зимой должны находится в режиме спячки и которым нужно минимум освещения и температура порядка +10 градусов.
Наша команда разработала теплицу нового типа которая сочетает в себе и летнюю теплицу и круглогодичную оранжерею. Также наша команда разработала и построила дом со встроенной теплицей, из которой можно получать тепловую энергию для нужд отопления и ГВС. (Подробности в ТГ)
Куда фермеру тратить полученную электроэнергию?
На собственные нужды хозяйства. Экспорт электрической и тепловой энергии, если есть потребители рядом. Расход избыточной электроэнергии от солнечных панелей на майнинг криптовалют, в данный момент это выгоднее всего.
Выводы
За счет умного использования солнечной энергии средний фермер из измученного работяги может стать респектабельным хипстером, с ежемесячным средним доходом в 200 000 рублей, который занимается фермерством для души а основной пассивный доход получает от продажи энергии. Стоимость органической фермерской продукции за счет этого станет ниже.
Пример роста зарплат в сельском хозяйстве из Канады
Канада переживает бум «солнечного овцеводства»: быстро растет спрос на пастухов, а зарплата таких «специалистов» сравнялась со ставками для врачей, адвокатов и старших инженеров.
