Агрофотовольтаїка (Agrivoltaics): Сонячні панелі підвищують врожайність на 60%

Забезпечення зростаючого світу, живлення нашого майбутнього за допомогою агрофотовольтаїчних систем

Очікується, що населення світу зросте на 1,2 мільярда людей протягом 15 років, що супроводжується зростанням попиту на м'ясо, яйця та молочні продукти, для виробництва яких використовується понад 70% прісної води для сільськогосподарських культур, а також зростанням попиту на електроенергію. Вже не є секретом, що нам необхідно здійснити кардинальний зсув у виробництві енергії, щоб стати кліматично нейтральними та зменшити викиди людства. Численні дослідження показали, що для досягнення цієї мети ми повинні інвестувати значні кошти у відновлювані джерела енергії, такі як вітер та сонце. Експерти прогнозують, що в майбутньому виробництво фотовольтаїчної енергії зросте приблизно в шість-вісім разів більше, ніж сьогодні. Сільське господарство протягом століть було важливою частиною людського життя, і тому вкрай важливо знайти спосіб зберегти його, одночасно виробляючи відновлювану енергію.

Однак, основна проблема традиційних сонячних парків полягає в тому, що земля під панелями не може бути використана. Агрофотовольтаїка, яка поєднує сільське господарство з виробництвом електроенергії шляхом вирощування культур під навісом сонячних панелей, може стати вирішенням цих проблем.

Представляємо агрофотовольтаїчні системи (або Agri-PV системи). Ця технологія дозволяє нам встановлювати сонячні елементи над сільськогосподарським полем та виробляти електроенергію, одночасно дозволяючи культурам рости під ними.

AgroSolar: Вирощуйте культури та виробляйте електроенергію

Агрофотовольтаїка також показала, що під сонячними панелями можна вирощувати майже всі культури, але можливі деякі втрати врожаю протягом менш сонячних сезонів для рослин, які потребують багато сонця. Тим не менш, урожайність культур APV перевищила показники контрольного поля протягом «сухих та спекотних» років, демонструючи, що агрофотовольтаїка може стати переломним моментом у спекотних та посушливих регіонах.

Досвід роботи з агрофотовольтаїкою все ще досить обмежений, але зараз активно досліджуються численні варіації агрофотовольтаїки. Великі успіхи були досягнуті переважно з тіньовитривалими культурами, такими як салат, шпинат, картопля та помідори. Деякі надзвичайно перспективні приклади переконливо свідчать на користь агрофотовольтаїки.

Земля використовується двічі, і ми можемо максимізувати виробництво енергії. Системи Agri-PV були розроблені в Інституті Фраунгофера, і дослідники вважають, що ця технологія має потенціал покрити всі енергетичні потреби Німеччини лише чотирма відсотками сільськогосподарських угідь. Цей тип виробництва відновлюваної енергії вже був протестований у компанії Steinicke, розташованій у Люхові, Нижня Саксонія. Сонячні модулі були встановлені на висоті шести метрів, а знизу в тіні вирощувалися трави. Це корисно для рослин, оскільки створює мікроклімат і зменшує пошкодження від сонячних опіків. Інститут Фраунгофера також побудував випробувальне поле з яблунями для вимірювання впливу затінення та його впливу на врожай. Початкові висновки показують, що фотоелектричний дах навіть корисний для деяких сортів і захищає їх від шкідників. Оцінюється, що ця технологія зможе генерувати близько 700 000 кіловат-годин електроенергії щорічно. AgroSolar є піонером цієї технології і наразі працює над новими проєктами.

Тривалі процедури та дороге встановлення

Однак вони стикаються зі звичайною проблемою – тривалими процедурами. Часто потрібно два з половиною роки, щоб пройти процедуру плану розвитку зі зміною плану землекористування, що може коштувати від 20 000 до 80 000 євро. Це ускладнює процес для малих систем. Потрібно більше стимулів, щоб фермери та підприємці інвестували в системи Agri-PV, тому це може бути потенційна субсидія від Європейського Союзу (звичайна джерело загальноєвропейських сільськогосподарських субсидій). Затвердження має бути швидшим і простішим, а цифровізація може бути корисним інструментом.

Економічні умови мають бути сприятливими, щоб люди могли здійснити перехід, фотоелектрика може бути корисним елементом у боротьбі зі зміною клімату. Завдяки системам Agri-PV ми маємо можливість генерувати відновлювану енергію, одночасно підтримуючи сільське господарство, щоб ми могли продовжувати виробляти продовольство та годувати людство. Ця технологія має потенціал виробляти стільки електроенергії, скільки постачають 170 атомних електростанцій (теоретично), якщо технологія буде впроваджена у більшому масштабі.

Вертикально встановлені двосторонні сонячні панелі, які можуть збирати сонячну енергію з обох сторін панелі, використовуються для збільшення площі орних земель. Цей тип встановлення особливо добре працюватиме в районах, що страждають від вітрової ерозії, оскільки конструкції зменшують швидкість вітру, що може допомогти захистити землю та вирощувані там культури. Двосторонні панелі можуть генерувати більше енергії на квадратний метр, ніж традиційні односторонні панелі, і не потребують рухомих частин.

Подвійне використання землі: Балансування ризиків та можливостей

Агрофотовольтаїка – це відносно нова технологія, яка може стати ключовим фактором енергетичного переходу. Потенціал цієї технології великий, але також і перешкоди, які необхідно подолати, щоб вона здобула визнання. Для встановлення 215 гігават фотоелектричних потужностей до 2030 року, поправка до EEG (Закону про відновлювані джерела енергії) запустила певні процеси. Це включає технологічну премію у розмірі 1,2 цента за кіловат-годину, але експерти вважають, що цього може бути недостатньо.

Нідерланди є другим за величиною експортером продовольства у світі, і компанія "GroenLeven", дочірнє підприємство групи BayWa зі штаб-квартирою в Мюнхені, Німеччина, розпочала кілька пілотних проєктів з місцевими фермерами, що вирощують фрукти. Вони переобладнали три гектари з чотирьох гектарів ферми з вирощування малини в Бабберіху, Нідерланди, на агрофотовольтаїчну ферму потужністю 2 МВт.

Малинові рослини вирощувалися безпосередньо під сонячними панелями, які були встановлені в чергуючихся рядах, орієнтованих на схід і захід, що максимізувало сонячну віддачу, а також захищало рослини від вітру. Кількість та якість плодів, вирощених під панелями, виявилися такими ж або кращими, ніж плоди, вирощені під традиційними пластиковими тунелями, а фермер заощадив багато роботи з обслуговування пластикових тунелів. Ще однією значною перевагою було те, що температура під сонячними панелями була на кілька градусів нижчою, що робило роботу більш комфортною для працівників ферми та зменшувало потребу в зрошенні на 50% порівняно з контрольним полем.

Переваги AgroSolar

Усуваючи конкуренцію за землю між продовольчими та енергетичними культурами, нова технологія забезпечує значне підвищення ефективності використання землі – наразі до 186% (за даними AgroSolar).

Спеціалізована сільськогосподарська техніка обробляє землю під піднятими сонячними панелями в агрофотовольтаїчній установці, ілюструючи, як ця технологія подвійного використання підвищує ефективність використання землі до 186%, поєднуючи генерацію чистої енергії з оптимізованим ростом культур.

Цей масштабний агрофотовольтаїчний масив демонструє інноваційну подвійну систему, що поєднує чисту енергію з сільським господарством, пропонуючи значні переваги.

Цей агрофотовольтаїчний масив є прикладом індивідуального дизайну подвійних систем, що адаптується до сільськогосподарських земель та культур.

Переваги подвійної системи за даними AgroSolar:

• Кожна система Agri-Photovoltaic є індивідуальною та гнучкою, адаптованою до розміру площі, типу вирощуваних культур та геологічних умов.

• Agri-PV захищає врожай та врожай від екстремальних погодних умов, таких як спека, посуха, сильні дощі, град та вітер.

Ось переклад тексту українською мовою з дотриманням ваших правил:

• Сільськогосподарські машини різних розмірів можуть і надалі використовуватися як зазвичай під системами агрофотовольтаїки.

• Потреба у воді сільськогосподарських угідь може бути зменшена до 20%, а водоутримуюча здатність ґрунту збільшується.

• Вуглецеве землеробство: За допомогою агро-ФВ можна формувати контрольований гумус, зменшуючи потребу у добривах та дозволяючи зберігати більше CO2 у ґрунті.

• Використання агро-ФВ підвищує врожайність культур, забезпечуючи вищий дохід для агробізнесу.

• Гнучкість та прибутковість: Окрім інвестування у власну систему, AgroSolar Europe також пропонує лізингову модель, тому агробізнес не має клопоту з встановленням та продажем електроенергії.

Агровольтаїка має потенціал стати виграшною стратегією для задоволення наших енергетичних потреб та скорочення споживання води у спекотних та посушливих регіонах світу.

Хоча агро-ФВ має багато переваг, таких як забезпечення даху над територією та подвійне використання землі, існують недоліки, які потребують розгляду. До них належать:

• Вищі витрати
• Необхідність збалансувати сільськогосподарське виробництво з виробництвом електроенергії
• Занепокоєння щодо захисту ґрунту

Однак, громадський опір агровольтаїці є важливим для контролю, особливо псевдо-агровольтаїці, яка є практикою будівництва великих сонячних електростанцій під виглядом сільського господарства. Правила, нормативи та бюрократія також можуть стримувати розвиток агровольтаїки, і важливо підтримувати належну місцеву підтримку. ЄС вважає агровольтаїчні системи фізичними спорудами і вимагає дозвіл на будівництво. Вартість за кВт·год для агровольтаїки може бути на 10-20% вищою порівняно з традиційними сонячними парками, що ставить питання про те, хто володіє сонячними панелями. Без державного втручання через субсидії або гарантії цін, агровольтаїка може не мати шансів проти інших сонячних ініціатив. Агровольтаїка має потенціал допомогти нашому продовольчому постачанню та переходу до чистіших джерел енергії без шкоди для орних земель, особливо якщо ми зможемо перетворити землі, які зараз використовуються для вирощування біопаливних культур, на землі для фактичного виробництва продуктів харчування для людей або для лісовідновлення.

Я також попросив колегу, прихильника AgroSolar Лукаса з Twitter, поділитися деякими думками щодо обмежень, і ось вони:

• Ефективне управління відведенням води. Наприклад, автоматично очищувані жолоби достатньої місткості для сильних злив, що ведуть до резервуарів для зрошення.

• База даних про те, що і як добре росте в умовах агросоляру: Ця база даних не стільки про фізику, скільки про важливість, адже не всі культури краще ростуть при менш інтенсивному сонці. Це значно менш лякає фермерів.

Співпраця з напівлокальними рішеннями для буферного зберігання енергії (power to gas): Додаткові технології, що не потребують герметизації поверхні, контейнерні рішення power-to-gas можуть бути гарним модульно масштабованим варіантом. Для того, щоб врешті-решт вивести агросонячну енергетику за межі того, що я б назвав "бар'єром пікової негативної ціни на сонячну електроенергію". Цей бар'єр вже дещо присутній і може серйозно погіршитися найближчим часом.

---

Часті запитання

---

Джерела

• Агрівольтаїка забезпечує взаємні переваги в контексті взаємозв'язку продовольство-енергія-вода (2022) - Наукове дослідження, що документує збільшення врожайності на 60% з агрівольтаїчними системами.
• Fraunhofer Institute (2023) - Дослідження, що показує, як 4% сільськогосподарських земель можуть покрити енергетичні потреби Німеччини.
• AgroSolar Europe - Ефективність використання землі до 186% (2023) - Дані компанії про системи подвійного виробництва, що досягають 186% ефективності використання землі.
• Експертні висновки щодо обмежень агрівольтаїки (2023) - Коментарі експертів щодо технічних та практичних викликів агрівольтаїки.
• BayWa AG (2023) - Приклад дослідження полуничної ферми потужністю 2 МВт зі зменшеним поливом на 50%.