Agrivoltaik Tarım Nedir? Nasıl Yapılır, Verime Etkileri Nelerdir?

Agrivoltaik tarım (APV), tarımsal üretim ile fotovoltaik (PV) güneş enerjisi üretiminin aynı arazi üzerinde eş zamanlı olarak yapılmasıdır. Bu yöntem, arazinin sadece tarım veya sadece enerji santrali olarak kullanılması yerine, dikey düzlemde paylaşılarak her iki faaliyetin de bir arada yürütülmesini esas alır.

Almanya merkezli Fraunhofer Güneş Enerjisi Sistemleri Enstitüsü (Fraunhofer ISE) tarafından yapılan tanımlamaya göre agrivoltaik sistemler; gıda üretimi ve elektrik üretimi arasındaki arazi rekabetini ortadan kaldıran, kaynak verimliliğini artıran entegre bir arazi kullanım teknolojisidir. Sistemde güneş panelleri, tarım makinelerinin altından geçebileceği bir yüksekliğe (genellikle yerden 2 ila 5 metre yukarı) veya bitki sıralarının arasına dikey olarak yerleştirilir.

Agrivoltaik Sistemlerin Temel Çalışma Prensibi Nasıldır?

Agrivoltaik sistemlerin temel çalışma prensibi, arazinin çift amaçlı kullanımı (dual-use) esasına dayanır. Bu sistem, aynı toprak parçası üzerinde hem tarımsal üretimin hem de fotovoltaik (PV) panellerle elektrik üretiminin birbirini destekleyecek şekilde eş zamanlı yürütülmesini sağlar.

Sistemin işleyiş mekanizması şu dört temel unsura dayanır:

• Yükseltilmiş ve Optimize Edilmiş Yapı: Güneş panelleri, altlarında tarım makinelerinin çalışabilmesi, hayvanların otlayabilmesi veya bitkilerin büyüyebilmesi için genellikle yerden 2 ila 5 metre yükseğe (bazen daha fazla) monte edilir. Alternatif olarak dikey montaj veya sıralar arası geniş boşluklu kurulumlar da tercih edilebilir.
• Işık Paylaşımı (Spektral Paylaşım): Sistemin biyolojik temeli, bitkilerin fotosentez için güneş ışığının tamamına ihtiyaç duymadığı gerçeğine (ışık doygunluk noktası) dayanır. Sistem, bitkinin ihtiyacı olan ışığın geçmesine izin verirken, bitki için “fazla” sayılabilecek ve stres yaratabilecek radyasyonu emerek elektriğe dönüştürür. Yarı şeffaf paneller veya güneşi takip eden (tracking) sistemler kullanılarak gölge miktarı bitkinin ihtiyacına göre dinamik olarak yönetilebilir.
• Mikroklima Etkisi ve Su Tasarrufu: Panellerin oluşturduğu gölgelenme, toprak yüzeyindeki buharlaşmayı (evapotranspirasyon) azaltarak toprağın nemli kalmasını sağlar. Bu durum, bitkileri aşırı sıcaklardan koruyan bir mikroklima yaratır ve sulama ihtiyacını %20-30 oranında düşürebilir.
• Karşılıklı Verimlilik Artışı (Simbioz): Sistem çift taraflı fayda sağlar. Paneller bitkileri aşırı sıcak, dolu ve don gibi iklimsel risklerden korurken; bitkilerin terlemesiyle (transpirasyon) oluşan serinlik de panellerin aşırı ısınmasını engelleyerek elektrik üretim verimini artırır.

Agrivoltaik Tarımın Su Tüketimine Etkisi Nedir?

Agrivoltaik sistemlerin en belirgin çevresel faydası su tasarrufudur. Arizona Üniversitesi (University of Arizona) araştırmacıları tarafından Nature Sustainability dergisinde yayımlanan kapsamlı bir çalışmada, güneş panellerinin tarım ürünleri üzerinde oluşturduğu gölgelemenin, topraktan suyun buharlaşmasını (evapotranspirasyon) önemli ölçüde azalttığı tespit edilmiştir.

Araştırma sonuçlarına göre, yarı kurak iklimlerde panellerin altına ekilen ürünlerin su ihtiyacının azaldığı ve toprağın nemini daha uzun süre koruduğu gözlemlenmiştir. Bu durum, özellikle kuraklık riski taşıyan bölgelerde sürdürülebilir tarım için kritik bir avantaj sağlar.

Güneş Panelleri Tarımsal Verimliliği Nasıl Etkiler?

Panellerin yarattığı mikroklima etkisi, hem bitkiler hem de paneller için karşılıklı bir fayda döngüsü (symbiosis) yaratır. Oregon Eyalet Üniversitesi (Oregon State University) tarafından yapılan araştırmalar, bitkilerin terleme (transpirasyon) yoluyla havaya saldığı nemin, üzerindeki güneş panellerini doğal olarak soğuttuğunu ortaya koymuştur. Standart güneş santrallerinde paneller ısındıkça verim kaybederken, agrivoltaik sistemlerde alttaki bitki örtüsü sayesinde daha serin kalan panellerin elektrik üretim verimliliğinde %1 ila %3 arasında artış kaydedilmiştir. Aynı şekilde paneller de bitkileri aşırı güneş ışığı, dolu ve don gibi sert hava koşullarından koruyarak stresi azaltır.

Hangi Bitkiler Agrivoltaik Sistemler İçin Uygundur?

Her tarım ürünü agrivoltaik sistemde aynı performansı göstermez. Bitkilerin ışık doygunluk noktaları ve gölge toleransları bu seçimde belirleyicidir. Bilimsel literatürde yapılan sınıflandırmalara göre:

• Yüksek Uyumluluk (Gölgeyi Seven/Toleranslı): Yapraklı sebzeler (marul, ıspanak, roka), yumuşak meyveler (ahududu, yaban mersini), kök sebzeler (patates, turp) ve bazı baklagiller. Bu bitkiler, panellerin sağladığı yarı gölgeli ortamda, doğrudan güneş ışığına maruz kaldıkları duruma göre daha az su stresi yaşayarak verimli büyürler.
• Düşük Uyumluluk (Tam Güneş İsteyen): Mısır, bazı tahıllar ve ayçiçeği gibi fotosentez için yoğun ışığa ihtiyaç duyan bitkilerde, panellerin yoğunluğu doğru ayarlanmazsa verim kaybı yaşanabilir.

Agrivoltaik Uygulamaların Karşılaştığı Temel Zorluklar Nelerdir?

Sistemin yaygınlaşmasındaki en büyük engel, yüksek başlangıç maliyetleri (CAPEX) ve teknik kurulum gereksinimleridir. Panellerin tarım makinelerinin çalışmasına engel olmayacak şekilde yüksek çelik konstrüksiyonlara monte edilmesi, standart bir güneş santraline göre kurulum maliyetini artırır.

Ayrıca, “ışık homojenliği”nin sağlanması gerekir; eğer panellerin gölgesi tarlada dengesiz dağılırsa, bitkilerin bir kısmı olgunlaşırken diğer kısmı geride kalabilir, bu da hasat kalitesini (yeknesaklığı) bozar. Bu nedenle proje aşamasında, o bölgenin güneş açısına ve yetiştirilecek bitkinin türüne özel mühendislik simülasyonlarının yapılması zorunludur.