Агрофотовольтаика (Агровольтаика): Солнечные панели повышают урожайность на 60%

Обеспечение продовольствием растущего мира, питание нашего будущего с помощью агрофотовольтаических систем

Ожидается, что численность населения мира увеличится на 1,2 миллиарда человек за 15 лет, что сопровождается растущим спросом на мясо, яйца и молочные продукты, на производство которых расходуется более 70% пресной воды для сельскохозяйственных культур, и ростом спроса на электроэнергию. Уже не секрет, что нам необходимо осуществить радикальный сдвиг в производстве энергии, чтобы стать климатически нейтральными и сократить выбросы человечества. Многие исследования показали, что для достижения этой цели мы должны активно инвестировать в возобновляемые источники энергии, такие как ветровая и солнечная. Эксперты прогнозируют, что в будущем производство фотоэлектрических систем увеличится примерно в шесть-восемь раз по сравнению с сегодняшним уровнем. Сельское хозяйство на протяжении веков было важной частью человеческой жизни, и поэтому крайне важно найти способ сохранить его, одновременно производя возобновляемую энергию.

Однако основная проблема традиционных солнечных парков заключается в том, что земля под панелями не может быть использована. Агрофотовольтаика, сочетающая сельское хозяйство с производством электроэнергии путем выращивания культур под навесом солнечных панелей, может стать решением этих проблем.

Представляем агрофотовольтаические системы (или Agri-PV системы). Эта технология позволяет нам устанавливать солнечные элементы над сельскохозяйственным полем и производить электроэнергию, одновременно позволяя культурам расти под ними.

AgroSolar: Выращивайте культуры и производите электроэнергию

Агрофотовольтаика также показала, что под солнечными панелями можно выращивать почти все культуры, но при этом может наблюдаться некоторая потеря урожайности в менее солнечные сезоны для светолюбивых растений. Тем не менее, урожайность культур APV превысила урожайность на контрольном поле в «сухие и жаркие» годы, демонстрируя, что агрофотовольтаика может стать революционным решением в жарких и засушливых регионах.

Опыт применения агрофотовольтаики пока еще довольно ограничен, но в настоящее время активно исследуются многие вариации агрофотовольтаических систем. Большие успехи были достигнуты в основном с теневыносливыми культурами, такими как салат, шпинат, картофель и томаты. Некоторые очень многообещающие примеры убедительно доказывают преимущества агрофотовольтаики.

Земля используется дважды, и мы можем максимизировать выработку энергии. Агро-PV системы были разработаны в Институте Фраунгофера, и исследователи считают, что эта технология имеет потенциал покрыть все энергетические потребности Германии всего четырьмя процентами сельскохозяйственных угодий. Этот тип производства возобновляемой энергии уже был протестирован в компании Steinicke, расположенной в Люхове, Нижняя Саксония. Солнечные модули были установлены на высоте шести метров, а внизу, в тени, выращивались травы. Это полезно для растений, поскольку обеспечивает микроклимат и снижает повреждения от солнечных ожогов. Институт Фраунгофера также построил испытательное поле с яблонями для измерения эффектов затенения и влияния на урожай. Первоначальные выводы показывают, что фотоэлектрическая крыша даже полезна для некоторых сортов и защищает их от вредителей. По оценкам, эта технология способна генерировать около 700 000 киловатт-часов электроэнергии ежегодно. AgroSolar является пионером в этой области и в настоящее время работает над новыми проектами.

Длительные процедуры и дорогостоящая установка

Однако они сталкиваются с распространенной проблемой – длительными процедурами. Часто требуется два с половиной года для прохождения процедуры разработки плана с изменением плана землепользования, что может стоить от 20 000 до 80 000 евро. Это делает процесс недоступным для малых систем. Необходимы дополнительные стимулы, чтобы фермеры и предприниматели инвестировали в агро-PV системы, поэтому это может быть потенциальная субсидия от Европейского союза (обычный источник общеевропейских сельскохозяйственных субсидий). Утверждение должно быть быстрее и проще, а цифровизация может стать полезным инструментом.

Экономические условия должны быть благоприятными, чтобы люди могли перейти на новую технологию; фотовольтаика может стать полезным элементом в борьбе с изменением климата. С помощью агро-PV систем у нас есть возможность генерировать возобновляемую энергию, одновременно сохраняя сельское хозяйство, чтобы мы могли продолжать производить продукты питания и кормить человечество. Эта технология имеет потенциал производить столько же электроэнергии, сколько 170 атомных электростанций (теоретически), если бы технология была реализована в более крупном масштабе.

Вертикально установленные бифациальные солнечные панели, которые могут собирать солнечную энергию с обеих сторон панели, используются для увеличения площади пахотных земель. Этот тип установки особенно хорошо работает в районах, страдающих от ветровой эрозии, поскольку конструкции снижают скорость ветра, что может помочь защитить землю и выращиваемые там культуры. Бифациальные панели могут генерировать больше энергии на квадратный метр, чем традиционные односторонние панели, и не требуют движущихся частей.

Двойное использование земли: Балансирование рисков и возможностей

Агрофотовольтаика — это относительно новая технология, которая может стать важным фактором в энергетическом переходе. Потенциал этой технологии велик, но и препятствия, которые необходимо преодолеть для ее принятия, также значительны. Для установки 215 гигаватт фотоэлектрических систем к 2030 году поправка к EEG (Закон о возобновляемых источниках энергии) дала определенный импульс. Это включает в себя технологическую премию в размере 1,2 цента за киловатт-час, но эксперты полагают, что этого может быть недостаточно.

Нидерланды являются вторым по величине экспортером продовольствия в мире, и компания «GroenLeven», дочернее предприятие группы BayWa со штаб-квартирой в Мюнхене, Германия, запустила несколько пилотных проектов с местными производителями фруктов. Они переоборудовали три гектара из четырех гектаров малиновой фермы в Бабберихе, Нидерланды, в агрофотовольтаическую ферму мощностью 2 МВт.

Малиновые растения выращивались непосредственно под солнечными панелями, которые были установлены чередующимися рядами, ориентированными на восток и запад, что максимизировало выработку солнечной энергии и одновременно защищало растения от ветра. Было установлено, что количество и качество плодов, выращенных под панелями, были такими же или лучше, чем у плодов, выращенных под традиционными пластиковыми туннелями, а фермер сэкономил много труда по уходу за пластиковыми туннелями. Еще одним значительным преимуществом было то, что температура под солнечными панелями была на несколько градусов ниже, что делало работу более комфортной для сельскохозяйственных рабочих и сокращало объем поливной воды на 50% по сравнению с контрольным полем.

Преимущества AgroSolar

Устраняя конкуренцию за землю между продовольственными и энергетическими культурами, новая технология обеспечивает значительное повышение эффективности использования земельных ресурсов — в настоящее время до 186% (по заявлению AgroSolar).

Специализированная сельскохозяйственная машина обрабатывает землю под приподнятыми солнечными панелями в агрофотовольтаической установке, демонстрируя, как эта технология двойного назначения повышает эффективность использования земли до 186%, сочетая производство чистой энергии с оптимизированным ростом сельскохозяйственных культур.

Этот обширный агрофотовольтаический массив демонстрирует инновационную двойную систему, объединяющую чистую энергию с сельским хозяйством, предлагая значительные преимущества.

Этот агрофотовольтаический массив является примером настраиваемой конструкции двойных систем, адаптирующихся к сельскохозяйственным угодьям и культурам.

Преимущества двойной системы, заявленные AgroSolar:

• Каждая агрофотовольтаическая система настраивается и является гибкой, адаптируется к размеру участка, типу выращиваемых культур и геологическим условиям.

• Агро-ФВ защищает культуры и урожай от экстремальных погодных условий, таких как жара, засуха, сильные дожди, град и ветер.

• Сельскохозяйственные машины различных размеров могут по-прежнему использоваться в обычном режиме под агрофотовольтаическими системами.

• Потребность в воде сельскохозяйственных угодий может быть снижена до 20%, а водоудерживающая способность почвы увеличивается.

• Углеродное земледелие: С помощью агро-PV можно создавать контролируемый гумус, снижая потребность в удобрениях и позволяя накапливать больше CO2 в почве.

• Использование агро-PV повышает урожайность, обеспечивая более высокий доход для сельскохозяйственного бизнеса.

• Гибкость и прибыльность: Помимо инвестиций в собственную систему, AgroSolar Europe также предлагает лизинговую модель, благодаря которой сельскохозяйственный бизнес не несет никаких усилий по установке и продаже электроэнергии.

Агрофотовольтаика имеет потенциал стать выигрышной стратегией для удовлетворения наших энергетических потребностей и сокращения потребления воды в жарких и засушливых регионах мира.

Хотя агро-PV имеет множество преимуществ, таких как обеспечение навеса над территорией и двойное использование земли, существуют недостатки, которые необходимо учитывать. К ним относятся:

• Более высокие затраты
• Необходимость балансировать сельскохозяйственное производство с производством электроэнергии
• Проблемы защиты почвы

Однако важно контролировать сопротивление сообщества агрофотовольтаике, особенно псевдоагрофотовольтаике, которая представляет собой практику строительства крупных солнечных электростанций под видом сельского хозяйства. Правила, нормы и бюрократия также могут тормозить развитие агрофотовольтаики, и крайне важно поддерживать должную местную поддержку. ЕС рассматривает агрофотовольтаические системы как физические сооружения и требует разрешения на строительство. Стоимость за кВтч для агрофотовольтаики может быть на 10-20% выше по сравнению с традиционными солнечными парками, что поднимает вопрос о том, кому принадлежат солнечные панели. Без государственного вмешательства посредством субсидий или гарантий цен агрофотовольтаика может не иметь шансов против других солнечных инициатив. Агрофотовольтаика имеет потенциал помочь нашему продовольственному снабжению и перейти к более чистым источникам энергии без ущерба для пахотных земель, особенно если мы сможем преобразовать земли, в настоящее время используемые для выращивания биотопливных культур, в земли для фактического производства продовольствия для человека или лесовосстановления.

Я также попросил своего коллегу, поклонника AgroSolar Лукаса в Twitter, поделиться некоторыми мыслями об ограничениях, и вот что получилось:

• Эффективное управление стоком воды. Например, автоматические самоочищающиеся желоба достаточной вместимости для сильных ливней на выступах, ведущие к резервуарам для хранения воды для орошения.

• База данных о том, что и как хорошо растет при агросолнечном освещении: Эта база данных не столько о физике, сколько о важном, поскольку не все культуры лучше растут при менее жестком солнечном свете. Гораздо менее пугающе для фермеров.

Сотрудничество с полулокальными решениями для буферного хранения энергии (power to gas): Дополнительные технологии, не требующие герметизации поверхности, контейнерные решения power-to-gas могут стать хорошим модульно масштабируемым вариантом. Для того, чтобы в конечном итоге вывести агросолнечную энергетику за пределы того, что я бы назвал "барьером пиковой отрицательной цены на электроэнергию". Этот барьер уже присутствует в некоторой степени и может серьезно усугубиться в ближайшее время.

---

---

• Институт Фраунгофера (2023) — Исследование, показывающее, что 4% сельскохозяйственных земель могут покрыть энергетические потребности Германии.
• AgroSolar Europe — Эффективность землепользования до 186% (2023) — Данные компании о системах двойного производства, достигающих 186% эффективности землепользования.
• Экспертные мнения об ограничениях агривольтаики (2023) — Экспертные комментарии по техническим и практическим проблемам агривольтаики.
• BayWa AG (2023) — Пример исследования фермы по выращиванию малины площадью 2 МВт с сокращением полива на 50%.