Agrivoltaik: “Gerçek” Çiftlikleri Güneş Çiftlikleriyle Birleştiriyor

Güneş Tarım Alanı?

Solar enerjisi hızla önemli bir enerji kaynağı haline geliyor. Güneş enerjisi pazarı son birkaç yılda büyük ölçüde büyüdü ve ABD’de 2030’a kadar %15,4 yıllık bileşik büyüme oranı (CAGR) ile büyümeye devam etmesi bekleniyor.

Kaynak: Grand View Research

Batı’nın güneş enerjisi benimsemesi, küresel güneş enerjisi büyümesi karşısında aslında çok daha küçüktür; Çin, dünya genelindeki diğer tüm ülkelerden daha fazla güneş enerjisi proje hattına sahip olduğu için öncülük etmektedir.

Çin, yenilenebilir enerji kapasitesini yıllık olarak artırıyor; 2023 ve 2024 arasında önceki üç yılın toplamından daha fazla ve 2023’te kurulan toplam küresel kapasiteden daha fazla güneş enerjisi kurdu.

Bu, Asya devini yıl sonuna kadar 1.200 GW kurulu rüzgar ve güneş kapasitesine ulaşma yolunda konumlandırdı ve hükümet hedefinin altı yıl önünde olmasını sağladı.

Kaynak: Energy Wind Down Media

Bu durum, The Economist gibi önemli yayınların bunu kelimenin tam anlamıyla yeni bir çağ olarak adlandırmasına yol açtı. “The Solar Age – A Bright Future To Mankind” adlı yazımızda bu gerçeği sağlayacak yeni teknolojiyi inceledik.

Kaynak: The Economist

Yarı iletken üretimindeki ilerlemeler ve güneş paneli üretimindeki ölçek ekonomisinin büyümesi, fotovoltaik maliyetlerinde istikrarlı bir düşüşe yol açtı; 1990’dan bu yana maliyetler 30 kat daha ucuz hale geldi. Sonuç olarak, fotovoltaik teknoloji artık güneş endüstrisini domine ediyor.

Kaynak: EIA

Ancak, güneş enerjisi bir sorunla karşı karşıya. Bunun nedeni, güneş enerjisinin arazi kullanımına bakıldığında nispeten düşük enerji yoğunluğuna sahip olmasıdır.

Aslında, arazi kullanımı açısından en verimsiz enerji kaynaklarından biridir; sadece karbon nötr olan rüzgar, hidroelektrik ve biyokütle daha da kötü puan alır.

Kaynak: Wouter Beel Gravendeel

Bu, tarım arazileri veya doğal yaşam alanlarının büyük ölçekli güneş çiftlikleri için güneş panelleriyle kaplanması durumuna yol açar. Bu, karbon emisyonlarını azaltırken, doğal habitatların yok edilmesi ve özellikle dağlık bölgelerde erozyon riski gibi birçok istenmeyen yan etkiyle birlikte gelir.

Örneğin, Çin’in Fujian eyaletinde, bu tepelerin tamamının güneş panelleriyle kaplandığını görebilirsiniz.

Kaynak: The Atlantic

Ekinlik Alanı Açığı

Bu, giderek büyüyen bir sorundur; zaten her yıl yıllık olarak 100 milyon hektar kadar ekinlik alanı kaybediyoruz. Bu kayıpların en büyük nedeni güneş çiftlikleri değil, erozyon, çölleşme, kentleşme, kötü tarım uygulamaları vb. dir.

Ancak bu, bir sorunun (karbon emisyonları) çözümünün başka bir büyük sorun (ekinlik alanı kayıpları) için problem haline gelmesi gerektiği anlamına gelmez.

Bazı çözümler açıktır; özellikle endüstriyel binaların, aynı zamanda konutların çatılarını kullanmak gibi. Çöl arazilerini kullanmak da bir seçenek olabilir, ancak bunlar da kırılgan ekosistemlerdir ve tozun giderilmesi yerel olarak nadir bulunan su kaynaklarını çok tüketir.

Bunlar çözümün bir parçası olabilir, ancak güneş enerjisinin fosil yakıtları tamamen ikame edebilmesi için on yıllar boyunca çift haneli bir büyüme oranını sürdürmesi gerekir. Ve arazi kullanımı bir sorun haline gelecektir.

Bu nedenle, en iyi çözüm tarım ve enerji üretimini birleştirmek, agrivoltaik (tarım + fotovoltaik) adı verilen bir yöntemle yapılmasıdır.

Kaynak: Dezeen

Çiftlik Binaları

Güneş enerjisini çiftliklere entegre etmenin en basit yolu, öncelikle çiftlik binalarının oldukça büyük çatı yüzeylerinden yararlanmaktır. Saman depolarından garaj ve ahırlara kadar birçok çiftlik binası, güneş panelleri kurmak için mükemmel olan yüksek, geniş ve düz çatıları barındırır.

Kaynak: X/Twitter

Belki teknik olarak agrivoltaik olmasa da, bu dün yapılması gereken bir ilk adımdır.

Bu, tarımı fosil yakıtlardan uzaklaştırmak için, diğer agrivoltaik biçimleri için de gerekli olacak birkaç tamamlayıcı girişimin ana bileşeni olmalıdır:

• Traktör ve çiftlik makinelerinin elektrifikasyonu.
  • Bu, daha iyi bataryalara büyük ölçüde bağlı olacaktır; çok ağır veya yeterince otonom olmayan traktörler bu seçeneği ekonomik olarak uygulanamaz kılar.
  • Bu, “Yatırımcılar Dikkat Etmeli: Robotik Tarımı Ele Geçiriyor” adlı yazımızda incelediğimiz tarım robotlarının artan benimsenmesiyle de yapılabilir.
• Güneşsiz günler veya kış için gereken enerjiyi depolamak amacıyla ucuz enerji depolama.
  • Bu özellikle, güneş enerjisini depolamak ve kışın iç hayvan barınakları gibi çiftlik tesislerini sıcak tutmak için kullanılabilecek termal bataryalarla sağlanabilir.
• Uzak çiftliklerde yapılan üretimi ağa taşıyabilecek daha merkezi olmayan ve sağlam elektrik şebekeleri.
• Uygun finansman, çünkü çiftlikler zaten düşük marjlı ve yüksek sermaye harcaması gerektiren işletmelerdir; faiz oranları çok yüksekse çoğu çiftçi yatırım yapmaya isteksiz olacaktır.
  • Karbon fiyatlandırması da çiftçilerin güneş panelleriyle emisyonlarını azaltmalarına izin vererek bir rol oynayabilir.

Tarım Gücü

Tarım ve güneş enerjisi üretimini birleştirmenin temel sorunu, teoride ikisinin aynı kaynak için rekabet etmesidir: güneş ışığı.

Güneş ışığı, sonuçta, yetiştirilen bitkilerin (ekinler ya da mera çimi) enerji kaynağıdır. Bir bakıma, tarım zaten güneş enerjisini yenilebilir biyokütle şeklinde toplar; elektrik yerine.

Bu yüzden ilk bakışta hayal gibi görünebilir. Ancak daha derine inildiğinde, sadece bitkilerin güneşi panellerin alması kadar basit bir durum değildir; daha karmaşıktır.

Fotoinhibisyon

Kolay bir basitleştirme olsa da, bitki fotosentezi şu basit şema ile açıklanabilir:

“Girdi ışık, su ve CO2 -> çıktı şekerler”, süreç aslında çok karmaşıktır.

Gerçek açık alan koşullarında çok sık görülen bir fenomen fotoinhibisyon olarak adlandırılır.

Bu, güneş ışığının bitkinin emmesi için çok yoğun olduğu ve zararlı radikal oksidan moleküllerin üretilmesine yol açtığı durumdur. Bu, bitkinin fotosentez yeteneğine zarar verir ve ürün verimini azaltır.

Kaynak: Frontiers In Plant Science

Bu, çoğu yaz gününde, özellikle güney enlemlerde, güneş ışığının çok güçlü ve ürünlere zarar verici olduğu anlamına gelir. Ayrıca, güneş ışığının enerjisinin büyük bir kısmının “israf edildiği” ve ürün tarafından yakalanmadığı anlamına gelir.

Bu bağlamda, uygun aralıklarla yerleştirilen güneş panelleri, özellikle en yoğun güneş ışığı saatlerinde faydalı gölgeler sağlayacaktır.

Su Kullanımını Azaltmak

Ek gölgeler, yer seviyesindeki ısıyı da sınırlamalı; aşırı ısı ürün verimlerine zarar verir. Ayrıca, sulama ihtiyacını genel olarak azaltabilir.

Bazı durumlarda, güneş paneli bir kaynak sulama olabilir. Bu, panellerin sabah çiyinden suyu yoğunlaştırma eğiliminden ve altına “yağmur” gibi düşürmesinden kaynaklanır.

Bu etki, fotovoltaik güneş panellerinin altına su emen hidro-jel konulursa daha da güçlü olabilir. Bu, sadece panelin atık ısısını kullanır, elektriği üretmek için kullanılan ışığı değil.

Gece boyunca, malzeme su moleküllerini toplar. Ancak gündüz, güneş panelini ısıttığında, su molekülleri buharlaşır ve fazla ısı enerjisini de beraberinde alır.

Industry Tap

Güneş Panellerini Soğutma

Güneş panelleri, bitkileri aşırı ışıkdan koruyabilir, soğumalarına yardımcı olabilir ve daha az su gerektirebilir.

Bununla birlikte, tarladaki bitkiler de güneş paneli verimliliğini artırabilir. Güneş panelleri de aşırı güneş ışığından etkilenebilir. Bir güneş paneli için optimal sıcaklık yaklaşık 25°C (77°F) dir. Her bir derece yükseldiğinde, panel verimliliği genellikle %0,3 ila %0,5 azalır.

Bu, sıcak çöl bölgelerindeki güneş çiftliklerinde sıkça bir sorun olur; >40-45°C sıcaklıklar projenin ekonomik performansını ciddi şekilde etkileyebilir.

Su sürekli buharlaştırılarak ve nemli bir toprak örtüsü oluşturularak, ürünler yerin üzerindeki ilk birkaç metre havayı soğutur. Bu, güneş panelini soğutabilir ve özellikle en sıcak yaz günlerinde verimi birkaç yüzde artırabilir.

Hayvancılık ve Güneş Enerjisini Entegre Etmek

Çöl dışı bölgelerde, güneş çiftliği işletmecilerinin sıkça karşılaştığı bir sorun, çim büyümesini kontrol altında tutma ihtiyacıdır; aksi takdirde çim, güneş panellerine gölge yapar.

Bu genellikle çimi kesmek için çim biçme makineleri çalıştıran kişilerin işe alınmasıyla yönetilir. Ve ironik bir şekilde, çoğu zaman bu makineler yakıtlıdır.

Alternatif olarak, güneş çiftliğini koyun, kaz veya inek gibi otlatma hayvanlarıyla entegre etmek mümkündür. Çimi yakıtla biçmek yerine, hayvanlar yiyerek organik olarak süt, yün, et ve deri üretir.

Bu, operatörün hayvanların kabloları çiğnemediğinden veya panellere zarar vermediğinden emin olması için biraz özel tasarım gerektirir. Ancak genel olarak, hayvanlar her köşedeki çimi mükemmel şekilde yiyebilir ve arazi üzerinden gelir elde eder, bakım teknisyeni maaşı talep etmek yerine.

Ek bir avantaj olarak, paneller hayvanlara güneş ve yağmurdan koruma sağlayacaktır.

Kaynak: Rated Power

Salkımlar İçin Destek

Henüz keşfedilmeye başlanmış bir tasarım, güneş paneli çerçevesini asma ve üzüm gibi bitkiler için destek yapısı olarak kullanmaktır.

Bu, bağ kurulumunda gereken iş gücünü azaltabilir; çünkü güneş panellerinin çerçevesi çift işlevli ve çok sağlamdır. Aynı zamanda gölgeler, sulama ihtiyacının azaltılması gibi aynı faydaları sağlar.

Kaynak: Vinetur

Şu an için, bu tür “vitivoltaik” (vitikültür + fotovoltaik) hâlâ nispeten deneysel bir fikir; özellikle ortaya çıkan şarabın tadını etkileyebileceği için. Şarap yapımında ise faydaları ve sınırlamaları tam olarak değerlendirmek yıllar alır.

Bununla birlikte, Almanya, Fransa, İtalya ve İspanya gibi ülkelerde umut verici ilk sonuçlarla birçok test devam etmektedir.

Dikey Bifacial Paneller

Agrivoltaik, güneş teknolojisindeki yeniliklerden faydalanabilir. Bunlardan biri bifacial (çift yüzlü) panellerdir.

Paneller, ışığın hem önünden hem de arkasından gelmesini sağlayacak şekilde tasarlanmıştır. Bu, enerji verimliliğini genel olarak artırabilir.

Ayrıca, örneğin panelleri dikey, Doğu-Batı ekseninde yerleştirmek gibi yeni kurulum tiplerini mümkün kılar.

• Birçok iklimde, öğle güneşi panelin ışık absorbe etme kapasitesini “doyurur”, bu da tam güney yönüne bakmanın cazibesini azaltır.
• Daha iyi hava dolaşımı panelin sıcaklığını düşürür, aşırı ısınmadan kaynaklanan verim kaybını azaltır.
• Paneller, karla kaplı tarlalardan yansıyan ışığı da absorbe edebilir.
• Karın paneli kaplama ihtimali daha düşüktür.
• Doğu-Batı ekseni, enerji talebinin en yüksek olduğu ve güneş üretiminin “eksik” olduğu sabah ve akşam saatlerinde üretimi maksimize eder.

Kaynak: Wikipedia

Agrivoltaik içinde karıştırıldığında, dikey olarak kurulan bifacial paneller, büyük traktörlerin yaptığı sürme, yabani ot temizleme ve ekim işlemlerine müdahale etmeden geleneksel ürün sıralarına daha kolay entegre edilebilir.

Yüzen Güneş

Yüzen güneş çiftlikleri, kara güneş çiftliklerine alternatif olarak tartışılmıştır olarak, gölet ve göller gibi büyük su kütlelerinin genellikle tarım arazilerinden daha az değerli ve üretken olduğu düşünülerek, kara güneş çiftliklerine alternatif olarak tartışılmıştır.

Burada da, güneş panelleri gıda üretimiyle ya da daha spesifik olarak su ürünçülüğüyle karıştırılabilir.

Kaynak: Global Sea Food Alliance

Çoğu su ürünçülüğü sisteminde balıklar başka yerlerde üretilen yemle beslenir; bu da sudaki alg üretiminin (güneş ışığından) çok önemli olmamasına ya da net bir negatif etkiye sahip olmasına yol açar.

Bu, balık çiftliğine ikinci bir gelir kaynağı da sağlayabilir.

Hiçbir Şey Mükemmel Değil

Birçok avantajına rağmen, agrivoltaik kurulumların muhtemelen çözülemeyecek birkaç sorunla başa çıkması gerekecek.

Karmaşıklık

İki nispeten karmaşık sistemi birleştirdikleri için, agrivoltaik tasarımları oluşturmak ve uygulamak daha zordur:

• Ürünlerin ihtiyaç duyduğu güneş ışığı ile mümkün olan en yoğun panel düzeni arasında doğru bir denge bulması gerekir.
• Sık sık büyük ve ağır olan çiftlik ekipmanlarının dolaşımı için alan bırakması gerekir.
• Çiftçilerin teknoloji potansiyeli hakkında eğitilmesi ve tarlaları agrivoltaik tekniklerine dönüştürme sürecinde onlara eşlik edilmesi gerekir.

Verimlilik Kaybı

Potansiyel sinerjiler çok olsa da, agrivoltaik muhtemelen çiftlik verimliliğini ve metrekare başına fotovoltaik verimi düşürecektir.

Toplam verim, aynı yüzeyin tek bir kullanımına bölünmesinden daha büyük olabilir.

Ancak yine de, panelin daha büyük bir alana bağlanma maliyetinin artması veya pestisit ve gübre spreyi verimliliğinin sınırlanması gibi sorunlara yol açabilir.

Ekstra karmaşıklık, daha karmaşık görevler doğurabilir; bu da ek çalışma saatlerine ve programın genel ekonomik verimliliğinin azalmasına neden olur.

Sonuç

Agrivoltaik, özellikle gıda üretimi için korunması gereken ekinlik arazilerine sahip bölgelerde, büyük güneş çiftliklerinin muhtemel yönüdür.

Ancak bu zaman alacak; uzmanların tasarımı optimize etmesi, güneş kurulumcularının eğitilmesi, çiftçilerin ikna edilmesi, finansmanın sağlanması gibi adımlar gerekecek.

En muhtemel senaryo, erken yenilikçiler tarafından benimsenmesi ve uzun yükseltilmiş dikey bifacial panel sıralarının geleneksel çiftliklere minimum çaba ile entegre edilmesidir.

Uzun vadede, özellikle küçük robot filoları ile birleştirildiğinde, çok daha yaygın bir manzara haline gelebilir.

Bu robotlar, bu panellerden gelen elektriği ekinleri ekmek ve izlemek, yabani otları lazerle kontrol etmek, meyve toplamak vb. için kullanacak.

Kaynak: Advanced.farm

Agrivoltaik’e Yatırım

Agrivoltaik hâlâ nispeten yeni bir alan; çoğu güneş profesyoneli potansiyeline yeni adapte olmaya başlamıştır.

Şu anda, güneş çiftlikleri çoğunlukla arazi için tarımla rekabet halindedir. Ancak gelecekte, dünyadaki 500 milyondan fazla çiftçi, küresel nüfusun sadece gıdasını değil, aynı zamanda enerjisini de sağlayabilir.

Birçok aracı kurum üzerinden güneş şirketlerine yatırım yapabilirsiniz; burada, securities.io sitesinde, ABD, Kanada, Avustralya, Birleşik Krallık ve diğer birçok ülke için en iyi aracı kurum önerilerimizi bulabilirsiniz.

Belirli güneş şirketlerini seçmekle ilgilenmiyorsanız, Global X Solar ETF (RAYS), Invesco Solar ETF (TAN) veya Global X China Clean Energy ETF (2809.HK) gibi ETF’lere de bakabilirsiniz; bu fonlar, güneş ve temiz enerji sektöründen faydalanmak için daha çeşitlendirilmiş bir maruziyet sağlar.

“Yatırım Yapılacak En İyi 10 Güneş Enerjisi Hissesi” adlı makalemizi de okuyabilirsiniz.

Güneş Şirketleri

1. Daqo New Energy Corp.

Bu Çin şirketi, güneş paneli üretiminin temel bileşeni olan polisilikon üretiminde dünyanın önde gelen firmalarından biridir. Bu durum, Daqo’yu Çin’in güneş üretim sektöründeki hakimiyetinin temel taşlarından biri haline getirir.

Şirket, 2019’dan bu yana üretim kapasitesini 8 katın üzerinde hızla artırdı.

Kaynak: Daqo

Daqo’nun güneş paneli tedarik zincirinin merkezindeki konumu, sektördeki büyümeden büyük ölçüde faydalanmasını sağladı; gelirleri 2020’de 0,68 milyar dolardan 2022’de 4,6 milyar dolara yükseldi. 2022’deki artıştan sonra polisilikon fiyatları soğudu ve hisse fiyatı 2021 zirvesinden çöküş yaşadı.

Şirketin iletişimi ve web sitesi biraz yetersiz, ancak endüstriyel B2B bir şirket için, daha çok sektördeki imajına odaklandığı ve geniş halk ya da yabancı yatırımcılara yönelik olmadığı için bu durum olağandışı değildir.

Hisse, P/E ya da nakit akışına kıyasla çok düşük bir değerlemeyle işlem görüyor. Bu, kısmen şirketin Xinjiang’da zorla çalıştırma kullanımıyla ilişkilendirilmesi ve Washington DC’de bölgede faaliyet gösteren şirketlere yönelik ek yaptırımlar konuşulması gibi tartışmalardan kaynaklanıyor.

Yatırımcılar, Daqo hissesinin gerçek bir jeopolitik risk taşıdığını ve düşük değerleme çarpanları nedeniyle büyük bir finansal yükseliş potansiyeli olduğunu bilmelidir.

2. JinkoSolar Holding Co., Ltd.

Jinko, dünyanın en büyük güneş paneli üreticilerinden biridir ve ağırlıklı olarak Çin’de konumlanmıştır. Tarife engellerinden kaçınmak için şirket, üretim tabanını çeşitlendiriyor; Vietnam’da silikon wafer üretimi, Malezya ve ABD’de güneş hücresi üretimi yapıyor.

Kaynak: Jinko Solar

Her neyse, şirket Batı pazarlarına fazla maruz kalmamaktadır; Çin, Asya Pasifik (APAC) ve gelişmekte olan pazarlar şirketin iş hacminin büyük kısmını oluşturur.

Kaynak: Jinko Solar

Jinko, şirket tarihindeki 230 GW güneş hücresi ve 2024’ün ilk çeyreğinde 20 GW teslim etti; bu, bir yıl önceki 14,5 GW’dan artış.

Bu, Jinko’yu fotovoltaik endüstride bir numara yapıyor.

Jinko’nun en gelişmiş N-tipi güneş hücresi, olağanüstü %25,8 enerji verimliliği sağlıyor. Ayrıca bifacial paneller sunuyor.

2023’te, N-tipi Jinko’nun satışlarının büyük bir kısmını devraldı; tüm sevkiyatların %80’ini temsil ediyor. 56 GW üretim tesisinden gelen ek kapasite, 2024 sonunda tam hıza ulaşması ve yıl sonuna kadar teslimatın %90’ını oluşturması bekleniyor.

Toplam üretim kapasitesinin 120-130 GW’ye ulaşması bekleniyor; bu, şirketin tarihindeki toplam üretimin neredeyse yarısıdır.

Ürün profilini yeşillendirmeyi hedefleyen Jinko Solar, aynı zamanda NeoGreen’i piyasaya sürdü; bu, tamamen yenilenebilir enerjiyle (Çin’de yaygın olarak kullanılan kömür yerine) üretilen ilk N-tipi güneş panelidir.

Jinko’nun üretim kapasitesindeki ultra agresif büyümesi, şirketin N-tipi teknolojisine olan güvenini ve Asya, Afrika ve Güney Amerika ihracat pazarlarını ele geçirme hırsını yansıtıyor. Ve genel olarak, güneş enerjisinin dünya enerji sistemlerini devralma olasılığı.