Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Intresset för solpaneler och solelproduktion har ökat de senaste åren, framförallt intresset för storskaliga solparker på jordbruksmark i takt med att tekniken har blivit billigare. Etablering av solparker på jordbruksmark är dock kontroversiellt och det råder delade meningar kring lämpligheten till denna typ av elproduktion. Kritik som framförs handlar främst om att jordbruksmark som kan användas för livsmedelsproduktion tas i anspråk och eftersom det inte finns något etablerat regelverk för hur marken ska återställas när produktionen av solel upphört finns det oklarheter om marken kan användas till jordbruksproduktion igen.
Ett alternativ till de traditionella solparkerna är de agrovoltaiska systemen där elproduktion och jordbruksproduktion kombineras. Fördelen med detta system är att marken fortfarande är tillgänglig för livsmedelsproduktion, samtidigt som den även producerar el. I Sverige finns en försöksanläggning på Kärrbo Prästgård, Västerås, med ett system där vertikala solpaneler i rader kombineras med odling mellan raderna. Utomlands är agrovoltaiska system vanligare och i bland annat Tyskland och Italien finns de i relativt stor skala. Dessa är dock monterade på en stålställning ett par meter över grödan. Försök från andra länder har visat att skuggan från solpanelerna kan ge skördeökning av grödan, dock avtar denna effekt desto större avståndet i sidled är mellan solpanelerna.
Det finns idag inte speciellt mycket erfarenheter kring hur ett system med vertikala solpaneler i rader kombinerat med odling mellan raderna fungerar i praktiken ur ett svenskt perspektiv och hur det ska gå att kombinera med ett rationellt brukande av åkermarken. Detta arbetes syfte har varit att försöka besvara dessa frågor. Beräkningar har gjorts för olika arbetsbredder på redskap, olika avstånd mellan solpanelerna, olika fältformer, samt olika fältstorlekar för att se hur effektiviteten vid fältarbeten påverkas. De avstånd som har undersökts är 13, 25 och 37 meter mellan solpanelerna. De fältarbeten som undersökts är växtskydd/sprutning, och tre olika former av jordbearbetnings- och etablerings-system. Dessa är konventionell bearbetning och sådd (plog, harv, universal-såmaskin), reducerad bearbetning och sådd (tallriksredskap, kultivator och universalsåmaskin), samt direktsådd (direktsåmaskin).
Eftersom det har gjorts många beräkningar i Excel och dessa är länkade till varandra i flera steg, är det möjligt att ett felaktigt värde hamnat någonstans och skapat ett följdfel. De kalkylark, från Agrimach (2000), som använts är ganska begränsade i sin utformning och vilka värden som går att räkna fram. De är inte byggda för att beräkna kapaciteten vid fältarbeten i ett agrovoltaiskt odlings-system och även det kan vara en felkälla. Resultatet bör därför användas med försiktighet.
Resultatet från beräkningarna visade att kapaciteten försämras mest i systemet med reducerad bearbetning. Detta beror på att i systemet med reducerad bearbetning har det antagits att jordbearbetningen sker snett mot såriktningen (som är i samma riktning som raderna med solpaneler). Det medför att vändningar ibland sker mellan raderna av solpaneler istället för på vändtegen, därmed blir dragen ibland väldigt korta och mycket tid går åt för vändning vilket sänker kapaciteten. Minst påverkan på kapaciteten har det direktsådda systemet. De fältformer som är mest lämpliga för att placera solpanelerna på är fält med rektangulär eller kvadratisk fältform.
Raderna med solpaneler ska placeras i nord-sydlig riktning, för att ge hög och jämn elproduktion. Detta medför att fälten behöver ligga på ett sätt som medför långa rader i denna riktning, eftersom långa rader ger bättre maskinkapacitet än korta.
Slutsatserna från detta arbete är följande:
● Av de undersökta fältformerna är stående rektangel och kvadrat de mest lämpliga för ett agrovoltaiskt system.
● Fältets form har störst betydelse för hur kapaciteten påverkas när odling kombineras med elproduktion. Fältstorleken har inte lika stor betydelse.
● Av de jämförda jordbearbetnings- och etableringsmetoderna är direktsådd det system som har lägst minskning av kapaciteten av de undersökta systemen.
● Det reducerade systemet får störst minskning av maskinkapaciteten på grund av att vändning med maskinerna ibland sker mellan raderna av solpaneler och inte alltid på vändtegen.
● Solpanelernas skördepåverkande effekt bedöms enligt litteraturen som marginell på de undersökta avstånden mellan solpanelerna under svenska förhållanden.

The interest in solar panels and solar energy production has increased in recent years. Especially the interest in large-scale solar parks – since the technology has become cheaper. However, the establishment of solar parks on agricultural land is controversial and there are divided opinions about the sustainability of the combined production. The main criticism of solar parks is that agricultural land will be used for electricity production. Since there are no regulations for how the land should be restored when the solar panels have expended, there is uncertainty if the land ever can be used for agricultural production again.
An alternative to the regular solar parks is agrivoltaic systems, where crop production and production of electricity are combined on the same land. The advantage of this system is that land still can be used for food production simultaneously as electricity is produced. In Västerås, Sweden, there is an experiment with a system where vertical solar panels in rows are combined with crop production between the rows. In a global perspective, agrivoltaic systems are more common abroad compared to Sweden. For example, in Germany and Italy, large-scale agrivoltaic systems are relatively common. In these countries, the solar panels are mounted on a steel frame some meters above the crop. Studies have shown that shading from solar panels can increase crop yield. However, wider distances between the rows of solar panels have shown a decreased shade effect.
Limited experience and knowledge on how agrivoltaic system would work in a Swedish perspective, where the crop cultivation is done between the rows and how such a system could be combined with rational production of arable land. Therefore, the purpose of this thesis is to find the answers to these questions. Calculations have been made with different working widths of implements, different distances between the rows of solar panels, different field shapes, and different field sizes. To see how the capacity of the fieldwork is affected. The analyzed distance between the rows of solar panels were 13, 25 and 37 meters. The fieldworks that were analyzed were spraying pesticides and three different forms of tillage and different methods of sowing. These systems were conventional tillage and sowing (plow, harrow and universal seed drill), reduced tillage and sowing (disc harrow, cultivator and universal seed drill), and direct drilling (direct seed drill).
The calculations have been made with Excel. Since the calculations have been made in several steps it is possible that an incorrect value ended up somewhere and created a consequential error. The spreadsheets that were used from Agrimach (2000) are quite limited in how they can be used and what values they are able to calculate. They are not designed to calculate the capacity of the field work in an agrivoltaic system and that could also be a source of error. Therefore, the result should be used with caution.
The result shows decreased capacity mostly in the system with reduced tillage. That is because the tillage is done with an angle against the direction of the seeding (which is done in direction of the rows with solar panels). This causes that the turnings with the machines sometimes occurs between the rows of solar panels instead of turnings on the headlands. Because of this, the field work capacity is decreased. Direct drilling system had the least impact on the capacity. The most suitable field shapes for solar panels are fields with a rectangular or square shape.
The rows of solar panels must be placed in a north-south direction to produce as much electricity as possible. This means that the fields need to be located in a way that allows long rows in this direction, as long rows provide better field work capacity than short rows.
The following conclusions could be drawn from this study:
● The shape of the field is the most important factor for how the field work capacity of an agrivoltaic system is affected. The size of the field is less important.
● For an agrivoltaic system, fields with a rectangular and square shape are the most suitable.
● Direct drilling is the method with the lowest decrease in field work capacity.
● The system with reduced tillage is the method with the highest decrease in field work capacity. That is because the turning with the machines sometimes occurs between the rows of solar panels instead of turning on the headlands.
● The yield-increasing effect from the shading of the solar panels will be marginal in the researched row distances during Swedish conditions.