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.

https://e-cis.info/news/569/117112/

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

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.