Tarımsal voltaik sistemler, fotovoltaik (PV) sistemlerinin tarımla birleşmesiyle ortaya çıkan Agrivoltaik (AV) veya Agrifotovoltaik (APV) sistemleridir.

Son yıllarda bu sistemler, aynı arazide hem tarımsal ürünler hem de enerji üretmek amacıyla güneş ışınlarının kullanımını paylaşmayı amaçlayan yenilikçi bir yaklaşım haline gelmiştir. Bu sistemler, tarımsal sürdürülebilirlik için tarım arazilerinin çift yönlü değerlendirilmesini ve birçok yönden tasarruf sağlanmasını hedeflemektedir.

AGRİVOLTAİK VE FOTOVOLTAİK PANELLERİN TARIMA ETKİSİ

Tarımsal voltaiklerin temel amacı, su gereksinimlerinin azaltılması, ürün veriminin arttırılması ve toprak erozyonu gibi ek faydalar sağlayarak arazi kullanım verimliliğini en üst düzeye çıkarmak ve aynı zamanda toplumun enerji ihtiyaçlarını karşılamaktır. Fotovoltaik sistemler ise sadece enerji üretimi amacıyla kurulan sistemlerdir.

AGROVOLTEİK TARIMDA HANGİ ÜRÜNLER YETİŞTİRİLEBİLİR?

Agrovoltaik tarımda hangi tarım ürünlerinin yetiştirilebileceği, sistemlerin performansına bağlı olarak değişir. Bu ürünler, bölgenin ürün desenine, iklim şartlarına ve kullanılan güneş panellerine göre farklılık göstermektedir:

• Tahıllar: Buğday, yulaf, mısır
• Baklagiller: Nohut, mercimek, fasulye
• Tıbbi Bitkiler: Lavanta, nane, kekik
• Sebzeler: Domates, patlıcan, biber, soğan, sarımsak
• Yaprağı Yenen Yeşillikler: Roka, tere, maydanoz, dereotu, lahana

Bu ürünlerin çoğu, yarı gölgede yetişebilen veya yetersiz güneş ışığında verimini devam ettirebilen bitkilerdir. Ancak, kullanılan sistemlere göre bu ürünlerde farklılıklar gözlemlenebilir.

AGRİVOLTAİK TARIM SİSTEMLERİNİN PARAMETRELERİ

Tarımsal voltaik sistemlerin işleyişi için üç ana parametre vardır:

1. Ürünlerdeki Gölgeyi En Aza İndirme
2. Elektrik Üretimini En Üst Düzeye Çıkarma
3. Sosyal Kabul

İlk iki parametre, teknolojik yöntemler, matematik ve mühendislik yöntemleriyle çözülürken, Agrivoltaik sistemlerin en önemli parametresi sosyal kabuldür. Genel sistem parametreleri ise şu başlıklarla özetlenebilir:

Panel yüksekliği , Panel eğim açısı ve yönlendirmesi ,Dizi yoğunluğu ve AV sisteminin çalışmasını etkileyen diğer durumsal faktörlerdir.

Panel Yüksekliği

Panel yüksekliği için iki farklı yöntem tercih edilmektedir. Birinci yöntem, 2 ile 5 metre arasında yüksekliğe sahip uzun kazıklar üzerine güneş panellerinin kurulması ve altında tarımsal üretimin yapılmasına olanak sağlamaktır. İkinci yöntem ise, güneş enerjisi sisteminin panellerini daha düşük seviyelere kurarak ve sıra arası boşluklar bırakılarak ürün üretimini sağlamaktır. Bu sistemde, panel yoğunluğunun düşük olması enerji üretiminin de düşük olmasına yol açar.

Panel Eğim Açısı ve Yönlendirmesi

Fotovoltaik sistemlerde güneş panellerinin açısı ve yönü, enerji üretimini etkileyen ana faktörlerdir. Agrivoltaik sistemlerde, güneş panellerinin üzerinde toz birikmesini önlemek için panellerin açılı yerleştirilmesi gerekmektedir. Küçük açılı kurulumlardan kaçınılmalıdır. Tarımsal voltaik sistemlerde, sabit açılı paneller yerine değişken açılı panellerin kullanılması önerilmektedir. Böylece, gelen güneş ışınları dik alınarak daha fazla enerji üretilmesi sağlanabilir.

Dizi Yoğunluğu

Tarım alanına kurulan fotovoltaik panellerin oluşturduğu dizilerin yoğunluğu, panellerin altında tarım yapılabilmesi ve enerji üretimi için bir tasarım parametresidir. Dizi yoğunluğu arttıkça enerji üretimi de artar, ancak ışık yetersizliğinden dolayı bitkilerde verim kaybı meydana gelebilir.

Çalışmasını Etkileyen Faktörler

Agrivoltaik sistemlerin çalışmasını etkileyen faktörler çoğunlukla çevresel etkilerdir. Örneğin, hava sıcaklığı, rüzgar hızı ve nem gibi özellikler, bitkilerin büyümesini ve sistemin performansını etkileyebilir. Ayrıca, sistem içinde yetiştirilen ürün türü de performans üzerinde etkili olabilir.

AGRİVOLTAİK TARIM SİSTEMLERİNİN PERFORMANSLARI

Zemin kaplama oranı (GCR), fotovoltaik sistemlerin zemin üzerinde kapladığı alan nedeniyle, ürünlere ulaşan radyasyon miktarını düşürür. Bu nedenle enerji verimi yüksek, ancak ürün verimi düşük olabilir. Tarım verimi, bir alandaki tarımsal üretimden elde edilen ürün miktarını ifade eder ve iklim, toprak kalitesi, su mevcudiyeti gibi faktörlere bağlıdır.

Enerji verimi ise, arazide birim başına üretilen enerji miktarını ifade eder. Su kullanım verimliliği, Agrivoltaik sistemlerin etkisini ölçen bir diğer önemli parametredir. Arazi eşdeğer oranı (LER) değeri 1’in üzerinde ise, Agrivoltaik sistemlerin aynı alan için ayrı ayrı yapılan tarım ve enerji üretiminden daha verimli olduğunu gösterir. Su tasarrufu sağlayan bu sistemler, toplanan suları sulama sisteminde kullanabilir. Panellerin yarattığı gölge, buharlaşma oranını da azaltır.

AGRİVOLTAİK TARIM SİSTEMLERİNİN AVANTAJLARI

Agrivoltaik sistemler, tarım ve arazi kullanım sektöründe sürdürülebilir bir geçiş sağlamak için hızla genişletilmelidir. Bu sistemler, finansal açıdan, tarımsal üretim ve enerji üretimini birleştirerek arazi verimliliğini %70’e kadar artırabilir. Ayrıca, PV modülleri yağmur suyunu toplamak ve depolamak için de kullanılabilir. Özellikle sınırlı ekilebilir araziye sahip ve yüksek güneş potansiyeline sahip Akdeniz ülkeleri için Agrivoltaik sistemlerin büyük fayda sağlayacağı öngörülmektedir.

AGRİVOLTAİK TARIM SİSTEMLERİNİN DEZAVANTAJLARI

Fotovoltaik (PV) paneller, montaj sistemleri ve sulama entegrasyonları gibi unsurlar nedeniyle başlangıç maliyeti yüksektir. PV panelleri, bitkilerin güneş ışığını almasını kısmen engelleyebilir, bu da fotosentezi ve dolayısıyla verimi azaltabilir. Tarımsal faaliyetlerin PV panellerle birlikte yönetilmesi ekstra planlama ve koordinasyon gerektirir. Panellerin temizlenmesi ve bakımı düzenli yapılmazsa enerji üretiminde düşüş yaşanabilir. Tarımsal makinelerin kullanımı sırasında PV panellerine zarar verme riski de bulunmaktadır. Tarım arazisinin bir kısmı paneller için ayrıldığında, ekilebilir alan daralabilir.

Sonuç olarak, son yıllarda Agrivoltaik sistemler çok boyutlu faydaları nedeniyle giderek daha fazla ilgi görmektedir. Bu sistemler, su, gıda, enerji ve toprak bağlantısının temel ve vazgeçilmez bir unsuru olma potansiyeline sahiptir. Yenilenebilir enerji üretimini genişletirken tarım alanlarını korumak, gelecekteki enerji ihtiyaçlarını karşılamanın önemli bir yönüdür.

Yazan: Ziraat Yüksek Mühendisi Cafer Aşar