Kan revegetation returnere solcelleanlægsjord til sin uberørte herlighed?

Forventet at dække op mod 30 % af den globale efterspørgsel efter elektricitet inden 2100, solcelleteknologi (PV) har indvarslet en ny daggry for vedvarende, bæredygtig energi. Selvom det lover, udvidelse af energiteknologien er ikke uden udfordringer.

De omfattende landskabsændringer nødvendiggjort af solcelleanlæg, for eksempel, kan have negative miljøpåvirkninger, især i forbindelse med jordforstyrrelser, som kan påvirke jordens fugt- og næringsstoffordelinger i jorden og dens evne til at være vært for naturlig vegetation. Og disse jordskift kan vare i en arrays 20-30-årige levetid og muligvis strække sig længe efter installationsfjernelsen.

I en nyligt offentliggjort artikel for Grænser i miljøvidenskab , National Renewable Energy Laboratory (NREL) forsker Jordan Macknick og kolleger fra Temple University og University of California, Davis, kiggede nærmere på virkningerne af solcellepaneler på jordegenskaber, og om genopbygning med succes kan afbøde negative påvirkninger fra installation og konstruktion af solpaneler.

Afhjælpning ved genindførelse

For at forberede et sted til installation af solpaneler, under traditionel praksis, vegetation fjernes, jordens overflade er graderet, og fyld tilsættes og komprimeres. Undersøgelser har fundet ud af, at fjernelse af vegetation omkring og under PV-arrays kan føre til en lang række problemer, fra stigninger i afstrømning og jorderosion til stigende lufttemperaturer over PV-arrays. Og dette kan være et voksende problem:I 2050, global udbredelse af solenergi kan kræve omkring 25 millioner hektar jord - jord, der vil undergå ændringer, der vil påvirke dets fysiske, kemisk, og biologiske egenskaber.

En række forskellige undersøgelser er blevet udført for at forbedre den miljømæssige kompatibilitet af solenergiprojekter gennem emner som samlokalisering af arrays og landbrug (kendt som "agrivoltaics"), samt afstrømning og mikroklimatiske påvirkninger ved solcelleanlæg. NREL har undersøgt succesen med genopbygning på solceller, men virkningerne af genindførelsen af ​​naturlig vegetation på jordbundens egenskaber på sådanne steder er ikke blevet undersøgt eller overvejet i vid udstrækning.

For at vurdere jordoverfladepåvirkningerne af solcelleanlæg, samt informere fremtidige retningslinjer for bevaring af websteder, forskerholdet afsluttede en række feltbaserede undersøgelser af PV-arrays og samlokaliseringsstrategier for jordegenskaber.

At få deres hænder beskidte

For at forstå, om genopbygningen af ​​en PV-plads kan returnere jordegenskaberne til dem, der er på et uforstyrret stykke jord, forskerholdet sammenlignede jordegenskaber på et solcelleanlæg, der var blevet genvegeteret med indfødte græsser, med dem på et uforstyrret tilstødende sted.

Jordprøver og markmålinger blev indsamlet langs tre transekter - en forudbestemt sti, hvor data indsamles med regelmæssige intervaller - i det reveterede område af PV-stedet, samt fra et fjerde transekt i det tilstødende uforstyrrede græsareal (referencejord).

Holdet tog jordmålinger og prøvetagning på fire punkter på hver transekt:under den østlige kant af hvert solpanel, under midten af ​​panelet, under panelets vestkant, og i det udækkede rum ved siden af ​​hvert panel. Hver transekt tegnede sig for 16 prøveudtagningssteder, 48 i alt på tværs af de 4 transekter.

Feltprøverne blev analyseret, sammenligner en række egenskaber fra de genbeplantede lokalitetsprøver med dem fra det uforstyrrede sted:

Jordfugtighed

Fugten viste sig at være større på solcelleanlægget. Forskere mener, at dette kan tilskrives den skygge og vindly, som arrayet giver.

De fandt også, at PV-arrays kan øge heterogeniteten i fugtfordelingen, især langs de lavtliggende kanter af panelerne. Dette kan få konsekvenser for samlokaliseret landbrug, især i tørre klimaer.

Hydraulisk ledningsevne og partikelstørrelse

Forskere fandt ud af, at mens der ikke var nogen målbare forskelle i kornstørrelsesfordelingen mellem solcelleanlægget og referencejordene, de fandt, at hydraulisk ledningsevne, eller jordens evne til at dræne vand, var forhøjet i området direkte under solpanelerne. Dette kan tilskrives reducerede vedligeholdelsesrelaterede forstyrrelser på stedet - uforstyrret jord er mindre komprimeret og, dermed, er mere effektiv til at dræne fugt.

Kulstof og nitrogen

Forskere observerede væsentligt lavere koncentrationer af totale kulstof- og nitrogenniveauer i solcellejorden i forhold til referencejorden, sandsynligvis forårsaget af fjernelse af muldjord under konstruktionen af ​​arrays. Forskningen antydede, at 7 år efter opførelsen af ​​solcelleanlægget, næringsstofkredsløbet var endnu ikke genetableret, og jorden var heller ikke i stand til at binde kulstof, som den oprindelige jord kunne. Langsigtet forskning er nødvendig for at forstå virkningerne på en årtiers skala.

Energi- og landbrugssymbiose

Samlet set, heterogenitet var et fælles tema for resultaterne, fra rumlig til miljømæssig; imidlertid, forskere fandt ud af, at det ikke var et helt problematisk forslag.

Tilstedeværelsen af ​​arrays forårsagede rumlig heterogenitet i jordfugtighed, hvilket betyder, at solpanelerne førte til koncentrerede områder med fugt i jorden under panelerne på grund af deres placering og orientering. Og mens jordegenskaberne fundet i arrayprøverne adskiller sig fra dem i det oprindelige plot, forskerne fandt ud af, at paneler kunne være strategisk orienteret til at lede regn mod eller væk fra jorden nedenfor, opfylder forskellige typer planters kunstvandingsbehov.

I øvrigt, fordi den ukomprimerede jord under panelerne tillod den at dræne fugt hurtigt, det kunne tjene som et passende vækstrum for tørke-resistente, samlokaliserede afgrøder.

En vigtig del af denne forskning er, at solpaneler kan bruges til at omfordele nedbør, med positive konsekvenser for samlokalisering af landbrugsafgrøder. For bedst muligt at udnytte PV-panelernes fugtkontrollerende egenskaber, installatører skal forstå timingen og retningen for nedbør for at frembringe de ønskede jordfugtighedseffekter.