Dlaczego agrofotowoltaika to nowa rewolucja w rolnictwie przemysłowym

Rolnictwo i energetyka to dwie najważniejsze gałęzie przemysłu we współczesnym świecie. Jedzenie, które spożywamy i energia elektryczna, którą zużywamy, są niezbędne do podtrzymania życia i utrzymania nas w ruchu.

Ponieważ dostępność gruntów i zmiany klimatyczne stają się coraz ważniejszymi kwestiami, nic dziwnego, że efektywne wykorzystanie przestrzeni stało się tematem gorących dyskusji.

Odnawialne źródła energii są coraz bardziej realnym sposobem na zaspokojenie naszych przyszłych potrzeb w miarę odchodzenia od paliw kopalnych. Według badania „Solarna przyszłość” przeprowadzonego przez Departament Energii Stanów Zjednoczonych „można już wyobrazić sobie przyszłość — i wytyczyć ścieżkę ku przyszłości — w której do 2035 roku energia słoneczna zapewni
40% krajowej energii elektrycznej”.

Ale skoro ziemia jest na wagę złota, gdzie pomieścimy te farmy słoneczne?

Wprowadzając agrofotowoltaikę. Jest to podejście łączące układy fotowoltaiczne z działalnością rolniczą, które współdziałają w pełnej harmonii. Pozwala to rolnikom na uzupełnienie dochodów z rolnictwa o produkcję elektryczności, jednocześnie zwiększając podaż czystej, odnawialnej energii.

Omówimy wiele sposobów, w jakie agrofotowoltaika może pokojowo współistnieć z innymi pracami rolniczymi — oraz sposoby, w jakie panele fotowoltaiczne mogą nawet poprawić i zwiększyć zbiory.

Czym jest agrofotowoltaika?

fotowoltaicznej”. Integracja paneli fotowoltaicznych (PV) z produkcją rolną może okazać się skutecznym sposobem na maksymalizację wykorzystania zasobów i zwiększenie wydajności gospodarstw rolnych.

W typowym układzie agrofotowoltaicznym panele fotowoltaiczne są wykorzystywane do zapewnienia cienia uprawom znajdującym się pod nimi lub wypasającym się pod spodem zwierzętom gospodarskim: podczas gdy panele przechwytują światło słoneczne i przekształcają je w energię elektryczną, cień przyczynia się do wytworzenia korzystniejszego mikroklimatu. Układy paneli redukują również nadmierne ciepło i parowanie wody oraz chronią rośliny przed ekstremalnymi warunkami pogodowymi.

Istnieje kilka rodzajów systemów agrofotowoltaicznych, a każdy z nich jest przeznaczony do różnych instalacji i warunków terenowych.

1)   Naziemne panele fotowoltaiczne

Naziemne instalacje solarne są najpopularniejszym zastosowaniem agrofotowoltaiki. Jest to najprostsze podejście, a panele połączone są w długie układy zamontowane na stalowych ramach. Typowy prześwit waha się od 20 cm (po niskiej stronie) do 3 m (po wysokiej stronie), ponieważ panele przechylają się, aby przechwycić jak najwięcej światła słonecznego.

Zakładając, że odstępy między panelami są wystarczające, aby wspierać wzrost roślin, naziemna instalacja fotowoltaiczna jest zgodna z szeregiem zastosowań polowych, w tym wypasem zwierząt gospodarskich (jest to również określane mianem „wypasu solarnego”), ogrodnictwem, pszczelarstwem i regeneracją różnorodności biologicznej.

2)   Panele fotowoltaiczne montowane na podwyższeniu

Podwyższone instalacje agrosolarne działają w podobny sposób do instalacji naziemnych, z tym wyjątkiem, że między panelami a ziemią powstaje dodatkowa wysokość.

Ten typ konfiguracji jest częściej stosowany na obszarach o mniej dostępnym terenie i zapewnia wystarczającą ilość miejsca dla wyższych roślin rosnących pod panelami, takich jak winorośl, drzewa owocowe i zboża. Oczywiście koszty instalacji są wyższe, ale panele na podwyższeniu coraz bardziej się rozpowszechniają, ponieważ rolnicy starają się zmaksymalizować swoją produktywność.

3)  Instalacja na dachu

Ten typ instalacji solarnej jest powszechnie spotykany na dachach budynków mieszkalnych i komercyjnych na całym świecie.

W kontekście gospodarstw rolnych fotowoltaika dachowa może być instalowana na szklarniach lub innych budynkach gospodarczych, umożliwiając prowadzenie pod spodem takiej działalności jak ogrodnictwo, kwiaciarstwo i akwakultura. Jest to szczególnie przydatne podejście, gdy instalacja ma na celu zrównoważenie — lub pokrycie — zapotrzebowania szklarni na energię, a także pomaga chronić budynek przed warunkami pogodowymi i uszkodzeniami spowodowanymi przez owady.

4)  Pływające panele fotowoltaiczne

Najrzadziej spotykane rozwiązanie ze względu na swoją złożoność to układ agrofotowoltaiczny zainstalowany na wodzie w postaci instalacji pływających paneli fotowoltaicznych. Ta technologia pozwala na dalsze prowadzenie akwakultury pod panelami i wokół nich i stanowi sposób na maksymalizację niewykorzystanych zasobów wodnych. Ponadto tego typu układ może zmniejszyć parowanie wody, spowolnić wzrost glonów i zmniejszyć erozję brzegów.

Wiele zastosowań agrofotowoltaiki

Jak widzimy, fotowoltaikę można zintegrować z wieloma różnymi rodzajami działalności rolniczej. O ile odpowiednio uwzględni się rodzaj upraw, zapotrzebowanie na światło słoneczne i wilgoć oraz cykle konserwacji, rolnictwo agrofotowoltaiczne może zostać włączone w następujące rodzaje działalności:

• Pola uprawne lub sady
• Pola do wypasu zwierząt gospodarskich
• Łowiska i zbiorniki wodne wykorzystywane w akwakulturze
• Szklarnie produkujące owoce, warzywa lub kwiaty

Jakie są korzyści z agrofotowoltaiki?

Agrofotowoltaikę zaprojektowano z myślą o pozytywnych wynikach i zapewnia ona rolnikom wiele korzyści:

●  Dodatkowe źródło dochodu

Energia elektryczna generowana przez agrofotowoltaikę może być wykorzystywana lokalnie lub sprzedawana do krajowej sieci elektrycznej. Tak czy inaczej, zapewnia to oszczędność kosztów, a nawet zysk dla rolnika, dywersyfikując działalność gospodarstwa i zapewniając dodatkową ochronę przed nieurodzajem lub wahaniami sezonowymi.

●  Zwiększona wydajność użytkowania gruntów

Tradycyjnie wytwarzanie energii słonecznej i rolnictwo mogły być postrzegane jako działalność konkurencyjna w odniesieniu do gruntów: natomiast agrofotowoltaika przedstawia te dwie dziedziny jako komplementarne ze sobą.

W rzeczywistości agrofotowoltaika może nawet zwiększyć wydajność użytkowania gruntów.

Przeanalizujmy pewien przykład. Jeśli rolnik wykorzystuje jedno pole do uprawy pszenicy, a drugie do zamontowania instalacji solarnej, będzie w stanie obsługiwać oba te pola ze 100% ogólną wydajnością. Z drugiej strony, jeśli oba pola zostaną wykorzystane w połączonym układzie uprawy pszenicy i agrofotowoltaiki, z indywidualną wydajnością wynoszącą 80%, całkowita produkcja wyniesie 160% pierwotnej produkcji.

Jak widać, ten rodzaj podwójnego użytkowania gruntów eliminuje konkurencję między projektami energii odnawialnej a produkcją żywności i zapewnia maksymalną ogólną produktywność.

●  Ochrona przed ekstremalnymi warunkami pogodowymi

Ekstremalne zjawiska pogodowe stają się coraz bardziej powszechne, co sprawia, że środki ochrony stają się coraz ważniejsze. Co więcej, panele fotowoltaiczne mogą chronić uprawy znajdujące się pod nimi przed gradem lub burzami, a także zapewniać chłodzący cień wypasającym się pod spodem zwierzętom. Efekty te zwiększają ogólną wydajność i zmniejszają potrzebę zakupu dodatkowego sprzętu chroniącego zbiory przed pogodą.

●  Zmniejszone parowanie wody i oszczędność wody do nawadniania

Cień rzucany przez panele fotowoltaiczne w naturalny sposób zmniejsza parowanie wody z gleby, pomagając zmniejszyć zapotrzebowanie na nawadnianie. W zależności od poziomu zacienienia można oczekiwać oszczędności na poziomie 14–29% wilgoci w glebie.

●  Zwiększona wydajność upraw

W przypadku niektórych rodzajów upraw efekt zacienienia przez panele fotowoltaiczne może poprawić ich jakość i plony, zmniejszając obciążenie spowodowane nadmiernym nasłonecznieniem.

W serii badań jeden konkretny rodzaj papryki odnotował 150% wzrost plonów, a pomidory koktajlowe odnotowały 90% wzrost plonów. Oczywiście rzeczywisty wpływ na plony będzie się różnić w zależności od temperatury powietrza, wilgotności, lokalizacji i innych czynników.

●  Wykorzystanie mniej produktywnych gruntów

Wytwarzanie energii słonecznej jest znacznie bardziej elastyczne niż uprawy i nie ma na nie wpływu rodzaj gleby, poziom wilgotności ani jej stan chemiczny. Oznacza to, że można zainstalować panele fotowoltaiczne, aby w pełni wykorzystać nieproduktywne grunty.

●  Zwiększona elastyczność gospodarstwa rolnego

Dzięki wykorzystaniu lokalnie generowanej energii z paneli fotowoltaicznych możliwe staje się umiejscowienie szklarni w najbardziej dogodnej lokalizacji w gospodarstwie — nie ma już ograniczeń w postaci lokalizacji istniejących linii energetycznych.

●  Mniejszy ślad węglowy

Niektóre rodzaje działalności rolniczej wymagają znacznych ilości energii: jak na przykład zasilanie maszyn, urządzeń grzewczych, chłodzących lub klimatyzacyjnych. Agrofotowoltaika może być wykorzystywana jako odnawialne źródło energii, zastępując zanieczyszczające środowisko źródła energii i zmniejszając ślad węglowy.

●  Ochrona różnorodności biologicznej

Szczególnie w suchym klimacie na obszarach znajdujących się pod panelami fotowoltaicznymi rośnie więcej trawy — odnotowano 90% wzrost masy roślinnej w późnym sezonie. Przyczynia się to do zdrowszej bioróżnorodności, zwłaszcza gdy panele fotowoltaiczne zostały zaprojektowane tak, aby przyciągać motyle i pszczoły.

Przyszłość agrofotowoltaiki

Oczywiste jest, że agrofotowoltaika prawdopodobnie jeszcze bardziej się upowszechni, ponieważ dostępne grunty stają się coraz rzadsze, a zapotrzebowanie na energię rośnie. Zapowiada to serię prawdopodobnych ewolucyjnych zmian tej technologii.

●  Sterowanie komputerowe

Najnowsze modele paneli fotowoltaicznych mogą być zdalnie sterowane i przechylane, co pozwala zmaksymalizować ich wydajność przez cały rok. Nowoczesne układy sterowania ułatwiają również identyfikację problemów związanych z konserwacją i utrzymanie optymalnego działania instalacji solarnych.

●  Inteligentne mikrosieci

Mikrosieć to zasadniczo lokalna, niezależna sieć energetyczna, która może działać w oderwaniu od sieci elektrycznej.

Inteligentna mikrosieć pozwala osiągnąć wyższy poziom wydajności, obejmując inteligentne zarządzanie zasobami energii elektrycznej, aby je zoptymalizować, utrzymanie wymaganego magazynowania energii i śledzenie wytwarzania energii w czasie rzeczywistym.

Agrofotowoltaika: rozwijająca się czy już rozwinięta?

Agrofotowoltaika może przynieść wiele korzyści rolnikom, lokalnym społecznościom i naszej planecie.

Skuteczne wdrożenie wymaga starannego planowania, takiego jak przestrzeganie zasady pięciu C. Jednak harmonijne podejście do energii słonecznej i rolnictwa może zwiększyć produkcję rolną, zdywersyfikować dochody i zapewnić nowe źródło zielonej energii.

Ponieważ projekty badawcze nadal pomagają nam udoskonalać nasze podejście i opracowywać najlepsze praktyki, wydaje się, że agrofotowoltaika będzie przyszłością rolnictwa.