Ce sunt copacii solari? Cum funcționează?

Un copac solar este o structură care seamănă cu un copac și care generează energie solară folosind panouri fotovoltaice (PV). Acesta utilizează principii de biomimetism, folosind un sistem natural—în acest caz forma unui copac—pentru a ajuta la rezolvarea unei provocări globale presante: înlocuirea surselor de energie care emit gaze cu efect de seră, cum ar fi cărbunele, petrolul și gazele, cu energie regenerabilă.

Aceste instalații atrăgătoare au, în general, o bază solidă din metal, plastic sau piatră care se extinde în sus și în afară formând „ramuri” pe care sunt montate panourile solare. Dincolo de această structură de bază, există o mare diversitate în designul unităților de copaci solari, reflectând răspunsuri inovatoare la medii, climate și nevoi energetice locale specifice. 

Una dintre cele mai recunoscute colecții de copaci solari din lume se află în Singapore, unde în 2012, National Parks Board a dezvăluit Gardens by the Bay, un proiect botanic remarcabil care a inclus o instalație de 18 Supercopaci artificiali alimentați cu energie solară, cu o înălțime de până la 45,72 metri și cu coroane asemănătoare unor umbrele întoarse. Acești copaci colorați din oțel nu numai că generează energie solară, dar ajută la reglarea temperaturii, colectează apa de ploaie și servesc drept grădini verticale pentru flori, ferigi și plante cățărătoare.

Cum funcționează un copac solar?

„Frunzele” fotovoltaice ale copacului solar absorb lumina soarelui, convertind-o în electricitate care este condusă în jos prin pilonul central, asemănător trunchiului, al structurii, către o baterie internă. Multe modele includ panouri rotative care se pot mișca pe parcursul zilei pentru a capta cea mai mare cantitate de lumină solară.

Deși majoritatea copacilor solari nu generează o cantitate de energie comparabilă cu un sistem solar pe acoperiș, unele modele sunt surprinzător de puternice.

Impacturi asupra mediului

Copacii solari sunt unități utilitare autonome de generare a energiei care ajută la alimentarea locuințelor, afacerilor și serviciilor publice, cum ar fi iluminatul și încărcarea dispozitivelor electronice. Dar potențialul de generare a energiei al copacilor solari este relativ limitat, iar scopul lor principal este de a crește gradul de conștientizare publică cu privire la energia regenerabilă, atrăgând atenția oamenilor și interacționând cu energia solară în moduri noi. 

În comparație cu alte tipuri de instalații de panouri solare montate la sol, copacii solari nu necesită mult teren. Aceștia fac posibilă generarea de energie solară în zone cu puțin spațiu care nu pot susține rețele vaste de panouri solare, precum și în locuri care nu dispun de suficient spațiu pe acoperiș pentru panouri.

În plus, copacii solari creează umbră pentru a ajuta la contracararea efectului de insulă termică urbană și oferă adăpost în condiții meteorologice nefavorabile, cum ar fi ploile torențiale și canicula, creând o reziliență urbană mai mare în fața schimbărilor climatice. De asemenea, îmbunătățesc spațiile publice și facilitățile, oferind stații de încărcare, alimentând iluminatul stradal și contribuind cu electricitate curată la locuințe sau facilități comerciale.

În prezent, copacii solari nu sunt proiectați ca proiecte solare la scară largă, ceea ce le limitează capacitatea de a contribui la tranziția energetică cu emisii reduse de carbon. Totuși, designurile lor impresionante și variate atrag atenția. Acest lucru face ca copacii solari să fie eficienți în prezentarea și, prin urmare, educarea oamenilor despre energia solară sau în promovarea angajamentului unei afaceri sau organizații față de energia regenerabilă.

Companii de copaci solari

O serie de companii solare oferă opțiuni comerciale și rezidențiale pentru instalarea copacilor solari. Iată câteva companii de top din SUA și din străinătate.

Spotlight Solar

Această companie cu sediul în Carolina de Nord este o corporație certificată B care produce mai multe modele de copaci solari. Produsele lor au fost instalate la grădini zoologice, stadioane sportive, piscine, școli, companii de utilități și chiar la Centrul Spațial Kennedy, printre altele.

Aceste sisteme oferă umbră și alimentează iluminatul, încărcarea dispozitivelor electronice portabile și chiar ecrane de televiziune în unele cazuri. Deși sunt destinate în primul rând spațiilor comerciale și publice, ele pot funcționa și ca instalații rezidențiale, deși sunt considerabil mai scumpe decât un sistem mediu solar fotovoltaic pe acoperiș (vezi mai jos o comparație între copacii solari și panourile solare).

SmartFlower

SmartFlower, cu birouri în Austria și Boston, oferă produse solare autonome care seamănă mai mult cu florile decât cu copacii, cu o tulpină centrală solidă care se deschide ca un evantai circular în „petale” fotovoltaice. De la parcuri europene la stațiuni de lux mexicane, această companie avansează estetica instalațiilor solare pe multiple continente. În același timp, utilizează o abordare inovatoare pentru a maximiza producția de energie pentru instalații mici, autonome, imitând o floarea-soarelui prin deschidere și închidere și urmărind soarele. 

Pe lângă instalațiile comerciale, SmartFlower oferă și produse rezidențiale, care ar putea fi de interes pentru cei ale căror locuințe nu suportă sisteme solare pe acoperiș—deși prețul ridicat le face mai degrabă un produs de nișă decât o soluție solară pentru mase.

Beam Global

Cunoscută anterior sub numele de Envision Solar, Beam Global produce atât unități de încărcare pentru vehicule electrice, alimentate cu energie solară și independente de rețea, cât și copaci solari și copertine. Designurile oferă umbră pe măsură ce produc electricitate, oferind potențial economii suplimentare de emisii de gaze cu efect de seră, deoarece mașinile mai răcoroase necesită mai puțină aer condiționat. 

Solvis

Solvis este o companie croată care produce copaci solari cu ramuri metalice grațioase și panouri fotovoltaice în formă de frunză, intercalate cu lumini LED, ceea ce îi face o adiție atractivă la spațiile publice și afaceri. Aceștia pot încărca telefoanele și alte dispozitive electronice, inclusiv laptopurile, precum și bicicletele electrice. Bănci circulare care pot găzdui până la 12 persoane înconjoară baza copacului solar Solvis.  

PowerTree

Această companie cu sediul în India produce unități solare care, la fel ca SmartFlower, au petale PV, dar nu se deschid și nu se închid. PowerTree are un sistem automat de urmărire care rotește panourile pentru a urmări soarele și este capabil să alimenteze lumini LED, camere de supraveghere CCTV și să încarce telefoane și laptopuri. 

Copaci solari vs. Panouri solare

Panourile solare sunt mult mai ieftine decât copacii solari în prezent și au o capacitate de generare a energiei mult mai mare. În 2020, costul unui sistem fotovoltaic pe acoperiș cu 22 de panouri a fost de aproximativ 2,71 USD pe watt, conform unui raport al National Renewable Energy Laboratory. Presupunând că fiecare panou are 250 de wați, asta înseamnă 14.905 USD înainte de creditele fiscale.

Prin contrast, un copac solar costă, în general, între 30.000 USD pentru un sistem de 1,7 kilowați și 100.000 USD pentru un sistem de 16,5 kilowați, în funcție de design și parametrii de instalare—făcând copacii solari mai viabili pentru afacerile mari și infrastructura publică decât pentru mulți clienți rezidențiali sau afaceri mai mici.

Cu toate acestea, atât sistemele de panouri solare PV, cât și copacii solari din SUA se califică pentru credite fiscale federale și de stat pentru energie regenerabilă și alte stimulente. Până la sfârșitul anului 2022, doar creditul fiscal federal poate reduce costul inițial al instalațiilor solare cu mai mult de un sfert, iar cu 22% până în 2023.

Viitorul copacilor solari

Designurile actuale ale copacilor solari servesc adesea ca o sursă de energie suplimentară, nu primară—generarea lor de energie este limitată în comparație cu alte forme de energie solară, iar costul lor pe unitate de energie produsă este semnificativ mai mare. Inovațiile viitoare în design ar putea reduce prețurile și crește generarea de energie, astfel încât produsele tip copac solar să reprezinte o parte mai mare din capacitatea totală solară și să aibă o valoare sporită dincolo de marketingul ecologic sau proiectele demonstrative educaționale. 

Copacii solari ai viitorului au potențialul de a furniza energie în comunitățile rurale izolate sau în alte locații independente de rețea, alimentând lumini, aragazuri și unele electrocasnice în locul surselor de energie poluante, cum ar fi generatoarele pe benzină și focurile pe cărbuni. De asemenea, unele orașe vizionare combină deja copacii solari cu alte forme de energie solară pentru a satisface nevoile energetice ale facilităților lor. În 2016, Las Vegas, Nevada a devenit cel mai mare oraș guvernamental din Statele Unite care a reușit să funcționeze în întregime cu energie regenerabilă, ceea ce a inclus copaci solari instalați în jurul primăriei. 

O tehnologie interesantă care ar putea duce la inovații suplimentare în domeniul copacilor solari implică dezvoltarea alternativelor plastice ușoare la panourile PV din siliciu.

Aceste așa-numite tehnologii fotovoltaice organice (organice deoarece conțin molecule de carbon) au fost expuse la Expo Milano în 2015, unde firma germană Schmidhuber a prezentat copaci solari în formă de plante care răsar, cu panouri solare plastice flexibile, hexagonale, formând adăposturi acoperite cu „membrane” care generau și lumină. În viitor, aceste panouri solare plastice ar putea fi utilizate în copaci solari ușori, proiectați pentru locuri unde panourile de siliciu, mult mai grele, nu ar fi sigure sau fezabile.