Jeong, Young-Joon;Lee, Sang-Ik;Lee, Jong-Hyuk;Seo, Byung-Hun;Kim, Dong-Su;Lee, Jimin;Choi, Won
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.64
no.2
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pp.1-13
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2022
Agrivoltaic facility is the composite system that the solar panel is installed above the farmland, and it enables crop and electricity production simultaneously. Solar panels of the agrivoltaic facilities can block and reduce the amount of solar irradiance arriving at the farmland, but it can help the crop growth by preventing excessive solar irradiance. Therefore, to clarify how the agrivoltaic facilities affect the crop growth, precise solar irradiance distribution under the solar panel should be modeled. In this study, PAR (photosynthetically active radiation), radiation from 400 to 700 nm, which crops usually use to grow, was extracted from the total irradiance and its distribution model under various conditions was developed. Monthly irradiance distributions varied because the elevation of the sun was changed over time, which made the position changed that the local maximum and minimum irradiance appear. The higher panel height did not cause any significant difference in the amount of irradiance reaching below the solar panel, but its distribution became more uniform. Furthermore, the panel angles with the most irradiance arriving below the solar panel were different by month, but its difference was up to 2%p between the irradiance with 30° angle which is usually recommended in Korea. Finally, the interval between panels was adjusted; when the ratio of the length of the panel to the empty space was 1:2, the irradiance of 0.719 times was reached compared to when there was no panel, 0.579 times for 1:1 and 0.442 times for 2:1.
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.23
no.3
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pp.141-148
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2021
Agrivoltaic systems, also called solar sharing, stated from an idea that utilizes sunlight above the light saturation point of crops for power generation using solar panels. It is expected that agrivoltaic systems can realize climate smart agriculture by reducing evapotranspiration and methane emission due to the reduction of incident solar radiation and the consequent surface cooling effect and bring additional income to farms through solar power generation. In this study, to evaluate that agrivoltaic systems are suitable for realization of climate smart agriculture, we conducted agro-environmental observations (i.e., downward/upward shortwave/longwave radiations, air temperature, relative humidity, water temperature, soil temperature, and wind speed) in a rice paddy under an agrivoltaic system and compared with the environment outside the system using automated meteorological observing systems (AMOS). During the observation period, the spatially averaged incoming solar radiation under the agrivoltaic system was about 70% of that in the open paddy field, and clear differences in the soil and water temperatures between the paddy field under the agrivoltaic system and the open paddy field were confirmed, although the air temperatures were similar. It is required in the near future to confirm whether such environmental differences lead to a reduction in water consumption and greenhouse gas emissions by flux measurements.
Lee, Sang-ik;Kim, Dong-su;Kim, Taejin;Jeong, Young-joon;Lee, Jong-hyuk;Son, Younghwan;Choi, Won
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.64
no.4
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pp.21-30
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2022
Renewable energy systems aim to achieve carbon neutrality and replace fossil fuels. Photovoltaic technologies are the most widely used renewable energy. However, they require a large operating area, thereby decreasing available farmland. Accordingly, agrivoltaic systems (AVSs)-innovative smart farm technologies that utilize solar energy for crop growth and electricity production-are attracting attention. Although several empirical studies on these systems have been conducted, comprehensive research on their design is lacking, and no standard model suitable for South Korea has been developed. Therefore, this study created an integral design of AVS reflecting domestic crop cultivation conditions and conducted a structural analysis for safety assessment. The shading ratio, planting distance, and agricultural machinery work of the system were determined. In addition, national construction standards were applied to evaluate their structural safety using a finite element analysis. Through this, the safety of this system was ensured, and structural considerations were put forward. It is expected that the AVS model will allow for a stable utilization of renewable energy and smart farm technologies in rural areas.
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.22
no.3
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pp.144-151
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2020
Agrivoltaic systems (AVS) is defined as combining farm-grown crops with photovoltaic panels (PV) installed several meters above the ground. Solar radiation (W/㎡), photosynthetic photon flux density (PPFD, µmol/㎡/s), air temperature (℃), vapor pressure (kPa), soil moisture (㎥/㎥), soil temperature (℃), wind direction (˚), and wind speed (m/s) were measured under the AVS in Boseong-gun during winter barley season. Data was collected by 5 minute interval. All data can download at Github site (https://github.com/chojaeil/AVS_Boseung). To gap-filling missing solar radiation data during about two weeks, the conversion coefficient from solar radiation to PPFD was estimated as 0.41. Further, according to the ratio of diffuse radiation to direct radiation, the maximum value among the twenty PPFD sensors under the AVS was related to the PPFD value of filed.
Ahn, Soon Young;Lee, Dan Bi;Lee, Hae In;Myint, Zar Le;Min, Sang Yoon;Kim, Bo Myung;Oh, Wook;Jung, Jae Hak;Yun, Hae Keun
Journal of Bio-Environment Control
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v.31
no.4
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pp.356-365
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2022
Agrivoltaic systems, also called solar sharing, stated from an idea that utilizes sunlight above the light saturation point of crops for power generation using solar panels. The agrivoltaic systems are expected to reduce the incident solar radiation, the consequent surface cooling effect, and evapotranspiration, and bring additional income to farms through solar power generation by combining crops with solar photovoltaics. In this study, to evaluate if agrivoltaic systems are suitable for viticulture, we investigated the microclimatic change, the growth of vines and the characteristics of grape grown under solar panels set by planting lines compared with ones in open vineyards. There was high reduction of wind speed during over-wintering season, and low soil temperature under solar panel compared to those in the open field. There was not significant difference in total carbohydrates and bud burst in bearing mother branches between plots. Despite high content of chlorophyll in vines grown under panels, there is no significant difference in shoot growth of vines, berry weight, cluster weight, total soluble solid content and acidity of berries, and anthocyanin content of berry skins in harvested grapes in vineyards under panels and open vineyards. It was observed that harvesting season was delayed by 7-10 days due to late skin coloration in grapes grown in vineyards under panels compared to ones grown in open vineyards. The results from this study would be used as data required in development of viticulture system under panel in the future and further study for evaluating the influence of agrivoltaic system on production of crops including grapes.
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.23
no.2
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pp.100-107
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2021
An agrivoltaic system (AVS) is a system of innovation that comprises productions of photovoltaic power and agricultural crops on the same area. However, the decline in crop yield will be fatally occurred because the pigments of crop absorbs less light energy under AVS. In addtion, the photosynthetic capacity of crop grown under the partial shading of AVS is not well reported. In this study, the electron transport rate (ETR) and non-photochemical fluorescence quenching (NPQ) of soybean and rice under the AVS in Boseong and Naju was investigated using chlorophyll fluorescence measurement. The ETR value of soybean and rice under AVS were not significantly differed by location. It represents that the photophosphorylation rate of the crops is not critically different. It means that the decreases in total photosynthesis under AVS were mostly affected by the amount of light absorbed by leaves. Under AVS the photosynthesis of crops will be lower than field crops grown in open fields. This is because the crops under AVS observed higher NPQ, which means that the available energy cannot distribute to photophosphorylation reaction.
Yuna Cho;Euni Cho;Jae-Hyeok Jeong;Hoejeong Jeong;Woon-Ha Hwang;Jaeil Cho
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.25
no.3
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pp.218-225
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2023
An agrivoltaic system (AVS) is a combined system that generates power through photovoltaic panels (PVPs) installed above a field where a crop is cultivated. Although soil moisture is an important limiting factor for open-field crop production, particularly during spring season in Korea, it is not well considered in the utilization of AVS. Indeed, the application of water-energy-food nexus on the AVS should be necessary. In this study, the changes of soil moisture and temperature under the AVS was investigated in fallow paddy field during spring season. The AVS that has partial shading condition by PV panels was decreased soil temperature and increased soil moisture compared to open-field. Furthermore, the maximum of the change in soil moisture to the change in soil temperature had a negative correlation both on open-field and AVS under wet condition. It represents that the micro-climate under the AVS is in energy-limited condition. The open-field of relatively high soil temperature was in water-limited condition. The different behavior of soil moisture on the AVS should be considered for the sustainable agricultural system as related to water-energy-food nexus.
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.21
no.4
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pp.358-365
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2019
An agrivoltaic systems (AVS) is mixed systems associating photovoltaic panels (PVPs) and crop cultivation at the same time on the given land area. It is receiving attention to improve rural economy. However, it is likely that, the crop yield should be decreased due to the reduced absorption of solar radiation by leaves. Thus, before popularizing the AVS, it is necessary to comprehend the degree of shading by PVPs in AVS. In this study, the change of radiation condition under AVS mimic shading net was investigated. The minimum and maximum of difference of photosynthetically active radiation (PAR) between under and outside shading net were 3.03 mol/㎡/day on a cloudy day and 17.08 mol/㎡/day on a sunny day. This difference decreased when the ratio of diffuse irradiance to global irradiance increased. Such a shading effect resulted in the increase of rice height and decrease of rice tillering.
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