“Rooftop Agrivoltaics” (RAV) เป็นเทคนิคที่นำแผงโซลาร์มาติดตั้งเหนือพื้นที่ปลูกพืชบนดาดฟ้า เพื่อใช้พื้นที่จำกัดในเขตเมืองให้เกิดประโยชน์สูงสุด กำลังได้รับความนิยมอย่างต่อเนื่อง เพราะสามารถผลิตพลังงานสะอาดและอาหารสดใหม่ไปพร้อมกัน
ระบบ RAV เป็นสัมพันธ์แบบพึ่งพาอาศัยกันระหว่างพืชและเทคโนโลยี โดยแผงโซลาร์เซลล์จะช่วยกรองแสงอาทิตย์ที่รุนแรง พร้อมรักษาระดับความร้อนไม่ให้อันตรายต่อพืชมากเกินไป ในขณะที่พืชจะทำหน้าที่คายน้ำเพื่อช่วยลดอุณหภูมิรอบแผงโซลาร์เซลล์ ส่งผลให้แผงโซลาร์ทำงานได้มีประสิทธิภาพมากขึ้น และสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้เพิ่มขึ้นประมาณ 5-8%
ปัจจุบันเมืองใหญ่ทั่วโลกเผชิญกับ “ปรากฏการณ์เกาะความร้อนในเมือง” (Urban Heat Island Effect) ซึ่งเกิดจากคอนกรีตและยางมะตอยสะสมความร้อนไว้ในตอนกลางวัน ดังนั้นการสร้างระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์บนดาดฟ้าที่มีสวนสีเขียวควบคู่กัน จึงเป็นเครื่องมือสำคัญในการลดอุณหภูมิอาคารโดยธรรมชาติ ช่วยลดความจำเป็นในการใช้พลังงานไฟฟ้าสำหรับเครื่องปรับอากาศ และลดมลพิษจากพลังงานสกปรก
นอกจากนี้ ปัจจุบันประชากรกว่า 2,000 ล้านคนทั่วโลกไม่สามารถเข้าถึงอาหารที่ดีต่อสุขภาพ ขณะเดียวกันเกษตรกรรมเชิงพาณิชย์ทั้งโลกยังปล่อยก๊าซคาร์บอนมากกว่า 11% ระบบ RAV จึงตอบโจทย์ทั้งด้านสิ่งแวดล้อมและการดำรงชีวิตของคนเมือง
นิโคลัส กัลลี นักวิจัยด้านเกษตรในเมืองจากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมิลาน กล่าวว่า “ระบบ RAV ไม่ได้เป็นเพียงการปลูกผักในเมืองเท่านั้น แต่เป็นเครื่องมือสำคัญในการปรับเปลี่ยนพฤติกรรมของผู้คน นที่ทุกตารางเมตรบนดาดฟ้าควรถูกใช้ให้เกิดประโยชน์ ซึ่งจะช่วยเพิ่มโอกาสในการเข้าถึงอาหารที่ดีต่อสุขภาพให้กับทุกคนในสังคมได้มากขึ้น”
จากการศึกษาของกัลลี ที่จำลองการเปลี่ยนแปลงในเมืองเซาเปาโล ประเทศบราซิล พบว่า การเปลี่ยนพื้นที่ว่างเพียงไม่กี่เอเคอร์ให้เป็นสวนเกษตรควบคู่กับติดแผงโซลาร์ สามารถผลิตอาหารเพื่อสุขภาพให้กับผู้คนได้มากกว่า 600 คน แสดงให้เห็นว่าการจัดสรรที่ดินในเมืองที่มีจำกัดและมีมูลค่าสูงให้เกิดประโยชน์สูงสุดทั้งในด้านอาหารและพลังงานสามารถช่วยชีวิตคนได้มาก
นอกจากนี้ งานวิจัยจากมหาวิทยาลัยโคโลราโดสเตทพบว่า สวนบนดาดฟ้าที่ได้รับร่มเงาบางส่วนมักจะต้องการน้ำลดลงอย่างมีนัยสำคัญ เมื่อเทียบกับพืชที่ปลูกกลางแจ้ง เนื่องจากอัตราการระเหยของน้ำลดลง
เจนนิเฟอร์ บูสเซลอต ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านพืชสวนจากมหาวิทยาลัยโคโลราโดสเตท ระบุว่าระบบ RAV ถือเป็นกุญแจสำคัญในการสร้างความยั่งยืนให้กับโครงสร้างพื้นฐานของเมืองในอนาคต เนื่องจากมีประโยชน์ครอบคลุมทั้งการลดการใช้น้ำ การผลิตพลังงานสะอาด การเพิ่มความมั่นคงทางอาหารในระดับท้องถิ่น และการสร้างพื้นที่สีเขียวที่ทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ
นักวิจัยยังคงพัฒนานวัตกรรมนี้อย่างต่อเนื่อง โดยทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเอ็กซีเตอร์จำลองอาคารที่ใช้ไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เหนือสวนมะเขือเทศ เพื่อผลิตไฮโดรเจนผ่านเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ สำหรับใช้เป็นเชื้อเพลิงรถยนต์ไฮโดรเจนและใช้งานกับหน้าต่างอัจฉริยะ ที่สามารถปรับความเข้มของแสงและอุณหภูมิได้อัตโนมัติผ่านปฏิกิริยากับก๊าซไฮโดรเจน
อาริตรา โกช นักวิจัยจากทีมศึกษาดังกล่าวอธิบายว่า งานวิจัยนี้เสนอแนวคิดใหม่ในการเปลี่ยนอาคารให้กลายเป็น “ศูนย์พลังงานอเนกประสงค์” แม้พื้นที่ดาดฟ้าอาจจะผลิตไฮโดรเจนในปริมาณจำกัด แต่คุณค่าที่แท้จริงอยู่ที่การบูรณาการระบบต่าง ๆ เข้าด้วยกัน เพื่อให้เป็นต้นแบบที่มีความยืดหยุ่นสำหรับระบบพลังงานในเขตเมืองแห่งอนาคต
แผงโซลาร์เซลล์แบบสองหน้า (Bifacial Solar Panel) ดูเหมือนจะเป็นตัวเลือกที่ให้ประสิทธิภาพสูงสุดในระบบนี้ โดยผลการจำลองในอังกฤษพบว่า สามารถผลิตไฟฟ้าได้ถึง 7,919 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อปี ในขณะที่ให้ผลผลิตมะเขือเทศที่คงที่ประมาณ 0.31 กิโลกรัมต่อตารางเมตร แสดงว่าสามารถเก็บเกี่ยวพลังงานและอาหารได้พร้อมกัน โดยไม่เสียประสิทธิภาพด้านใดด้านหนึ่งไป
อย่างไรก็ตาม ระบบ RAV ยังคงมีปัญหาที่ต้องแก้ โดยเฉพาะปัญหาร่มเงาของแผงโซลาร์เซลล์ที่มากเกินไป อาจส่งผลเสียต่อพืชบางชนิดที่ต้องการแสงสูง เกิดอาการ Etiolation ภาวะที่พืชมีลักษณะลำต้นยืดยาว ผอมบาง ซีดเหลือง และอ่อนแอ ส่งผลให้การออกดอกและติดผลล่าช้ากว่าปรกติประมาณสองสัปดาห์ รวมถึงปริมาณดอกที่ลดลงอย่างชัดเจนหากได้รับแสงไม่เพียงพอ
เพื่อแก้ไขปัญหาเรื่องร่มเงาที่มากเกินไป นักวิจัยได้เริ่มทดสอบการใช้แผงโซลาร์เซลล์แบบกึ่งโปร่งแสงที่ผลิตจากแคดเมียมเทลลูไรด์ (CdTe) ซึ่งสามารถปรับระดับความโปร่งแสงได้ตามต้องการ ยอมให้แสงบางส่วนส่องผ่านลงไปยังพืชด้านล่างได้ คล้ายกับการสวมแว่นกันแดดให้กับพืช ทำให้พืชยังคงได้รับแสงในปริมาณที่เพียงพอสำหรับการเจริญเติบโต ในขณะที่ยังสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้
ทั้งนี้ จำเป็นต้องเลือกพืชที่ปลูกให้มีความเหมาะสม โดยพืชประเภทผักใบเขียว ถั่ว และพืชสมุนไพรบางชนิด เช่น หญ้าฝรั่น มักจะเติบโตได้ดีภายใต้ร่มเงาของแผงโซลาร์เซลล์ อีกทั้งยังสามารถเติบโตและเก็บเกี่ยวได้นานขึ้นหลายเดือน
อย่างไรก็ตาม หากต้องการติดตั้งระบบ RAV จำเป็นต้องพิจารณาถึงความแข็งแรงของโครงสร้างหลังคาที่ต้องรองรับน้ำหนักที่เพิ่มขึ้น ทั้งจากแผงโซลาร์ พืช และชั้นดินที่มีความลึก นอกจากนี้ยังมีประเด็นเรื่องค่าประกันภัยที่อาจเพิ่มขึ้น และการจัดการระบบระบายน้ำเพื่อไม่ให้ส่งผลเสียต่อตัวอาคารในระยะยาว
แม้จะมีต้นทุนสูงและความซับซ้อนในการติดตั้ง แต่ระบบการเกษตรควบคู่กับโซลาร์บนดาดฟ้าก็ให้ผลตอบแทนที่คุ้มค่าในระยะยาว นอกจากจะช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายด้านพลังงานแล้ว ยังมีรายได้จากการขายผลผลิตอีกด้วย
มีหลายประเทศที่ใช้ระบบ RAV แล้ว อย่างเช่น ในฝรั่งเศสที่พบว่าผลผลิตผักกาดหอมเพิ่มขึ้น 15% ภายใต้ร่มเงาแผงโซลาร์ หรือในญี่ปุ่นที่ใช้แผงโซลาร์แบบสองหน้าช่วยให้พืชสมุนไพรและผักใบเขียวเพิ่มขึ้น 10% เมื่อเทียบกับการทำฟาร์มบนดาดฟ้าทั่วไปที่ไม่มีแผงโซลาร์เซลล์ช่วยป้องกันแดด
ในอนาคต ระบบนี้อาจจะพัฒนาต่อเป็นสู่การทำเกษตรแบบไฮโดรโปนิกส์ควบคู่กับแผงโซลาร์เซลล์ หรือที่เรียกว่า “Hydroponic RAV” ซึ่งจะใช้สารละลายธาตุอาหารแทนดินเพื่อลดน้ำหนักของโครงสร้าง และรวมเอาแผงโซลาร์และถังสารอาหารไว้ในโมดูลเดียวกัน ซึ่งถังน้ำนี้ยังทำหน้าที่เป็นตัวถ่วงน้ำหนักเพื่อยึดระบบทั้งหมดไว้กับดาดฟ้าโดยไม่ต้องเจาะหลังคาอาคาร
ที่มา: Happy Eco News, Living Architecture Monitor, The Cool Down, PV Magazine