Uprawy roślin pod panelami fotowoltaicznymi?

Ilustr. 1: Agrivoltaïsme, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons

Globalnie najtańszym źródłem energii elektrycznej są już panele fotowoltaiczne. Rosnąca popularność tego rozwiązania i rozwój technologii sprawią, że ceny wciąż będą spadać, a pod budowę farm słonecznych będzie trzeba szukać coraz więcej miejsca. Z drugiej strony rosnąca temperatura na świecie oznacza trudniejsze warunki do dalszego funkcjonowania m.in. dla rolników. Susze stają się coraz częstsze i trwają coraz dłużej, a plony w wielu częściach świata nie są już tak urodzajne, jak kiedyś. Problem suszy rolniczej narasta także i w Polsce.

Agrowoltaika, czyli seler spod panelu słonecznego

Agrowoltaika (zwana też agrofotowoltaiką lub w skrócie APV) to rozwiązanie, które w pewnym stopniu odpowiada na oba te wyzwania. Idea jest bardzo prosta: stawiać panele słoneczne tam, gdzie roślinność skorzysta na dawanym przez nie cieniu. Wystarczy zamontować je nieco nad ziemią. W ten sposób można zarówno znaleźć przestrzeń pod farmy słoneczne, jak i zwiększyć wydajność upraw. Co zresztą już się dzieje.

Przykładem na tego typu połączenie rolnictwa z odnawialnym źródłem energii jest projekt zrealizowany w Niemczech w okolicach Jeziora Bodeńskiego. Wyniki testu? Efektywność wykorzystania gruntu w 2017 r. i 2018 r. wyniosła odpowiednio 160% i 186% względem obszaru niepokrytego panelami. W samym 2018 r. instalacja o mocy 194 kW pozwoliła na zwiększenie plonów trzech z czterech upraw, w tym selera o 12% i pszenicy ozimej o 3% (spadek o 8% zanotowała jednak koniczyna). „Możemy założyć, że cień pod półprzezroczystymi modułami słonecznymi pozwolił roślinom lepiej znosić gorące i suche warunki 2018 roku” - ocenia rolnik Andrea Ehmann, którego cytuje portal Renewables.com.

Jak to jednak możliwe, że różnica w efektywności wykorzystania gruntu była o wiele większa niż w ilości zebranych plonów? Tak korzystny wynik osiągnięto dzięki temu, że energia z paneli została wykorzystana do zasilania zakładu przetwórstwa roślin i elektrycznych maszyn rolniczych.

Projekt realizowany był m.in. przez Instytut Fraunhofera ds. Systemów Energii Słonecznej, który testuje podobne inicjatywy w innych krajach. I tak np. w indyjskim stanie Maharasztra stwierdzono, że zmniejszone dzięki panelom parowanie pomogło osiągnąć do 40% wyższe plony pomidorów i upraw bawełny.

Testów związanych z agrowoltaiką przybywa na całym świecie. W styczniu 2020 r. podpisano umowę na pilotażowy projekt w okolicach Lyonu, we wrześniu 2020 r. poinformowano o pierwszym tego typu projekcie na Cyprze, w tym samym miesiącu media pisały też o podobnym projekcie dla sadów gruszy w Belgii, a w lutym 2021 r. zapowiedziano realizację projektu APV w Australii. Podobnych przykładów jest znacznie więcej i szybko ich przybywa.

Ilustr. 2. Σ64, CC BY 3.0, Wikimedia Commons

Z korzyścią dla rolnictwa i energetyki

Z kolei eksperci w USA testowali agrowoltaikę m.in. w Arizonie. Profesorowie i studenci University of Arizona badali skuteczność tej metody przy uprawie papryki chiltepin, papryki jalapeno i pomidora koktajlowego. I mierzyli wszystko: od momentu kiełkowania roślin, przez ilość dwutlenku węgla pochłanianego przez rośliny z atmosfery, temperaturę powietrza i wilgotność, po całkowitą produkcję żywności w sezonie wegetacyjnym.

I tak dzięki panelom osiągnięto niższe temperatury w ciągu dnia i wyższe w ciągu nocy, a także większą wilgotność powietrza. „Odkryliśmy, że wiele naszych upraw żywnościowych radzi sobie lepiej w cieniu paneli słonecznych, ponieważ są one chronione przed bezpośrednim słońcem” – mówi prof. Greg Baron-Gafford z Uniwersytetu w Arizonie.

Całkowita produkcja papryki chiltepin była trzykrotnie większa pod panelami fotowoltaicznymi, a produkcja pomidorów - dwukrotnie. Papryki jalapeno wyprodukowano mniej więcej tyle samo, co na tradycyjnym polu, ale osiągnięto to przy transpiracji wody zmniejszonej aż o 65%. „Odkryliśmy, że wpływając w ten sposób na zachowanie wody można wspierać wzrost upraw przez wiele dni, a nie tylko godziny, jak w obecnych praktykach rolniczych. To odkrycie sugeruje, że możemy zmniejszyć zużycie wody, ale nadal utrzymywać poziom produkcji żywności” - dodaje Barron-Gafford.

„Wysokie konstrukcje fotowoltaiczne potrafią również chronić uprawy przed gwałtownymi zmianami pogody - takimi jak grad czy deszcz nawalny” - dodaje Roman Karbowy, przewodniczący grupy roboczej ds. Agrowoltaiki w Polskim Stowarzyszeniu Fotowoltaiki. Moduły fotowoltaiczne mogą również pomóc w zbieraniu wody deszczowej i wykorzystywaniu jej w uprawie.

Co więcej, system agrowoltaiki zwiększył wydajność produkcji energii. W jaki sposób? „Panele słoneczne są z natury wrażliwe na temperaturę - gdy się nagrzewają, ich wydajność spada. Uprawiając rośliny pod panelami fotowoltaicznymi, naukowcy byli w stanie obniżyć temperaturę paneli” - wyjaśnia uczelnia na swej stronie.

„Jeśli chodzi o ulepszanie sposobu, w jaki uprawiamy naszą żywność, wykorzystujemy cenne zasoby wody i wytwarzamy energię odnawialną, jest to więc korzystne dla wszystkich” - podsumowuje Barron-Gafford.

Departament Energii USA zachęca

Obszerny materiał o korzyściach płynących z agrowoltaiki przygotował Departament Energii w USA.

I tak korzyści dla twórców energii słonecznej to m.in. zmniejszone koszty instalacji (bo nie trzeba wyrównywać terenu, który już jest gotowy), mniejsze ryzyko sporów sądowych (bo instalacje powstają na gruntach z jasną sytuacją prawną) oraz potencjalny wzrost wydajności PV (bo rośliny pod modułami mogą obniżyć ich temperaturę).

Z kolei zarządcy gruntów rolnych mogą liczyć m.in. na mniejsze koszty energii elektrycznej, możliwość uprawy nowych, lubiących cień roślin, zmniejszyć zużycie wody, przedłużyć sezon wegetacyjny, powiększyć o uprawy tereny wcześniej zdegradowane, a nawet wykorzystać swą działalność marketingowo, kierując ją do świadomych odbiorców.

Opracowanie ekspertów Departamentu Energii odpowiada też na wiele wątpliwości, które mogą nasunąć się przy analizie zagrożeń związanych z agrowoltaiką. Analiza pokazuje, że nie trzeba obawiać się wypłukiwania metali z paneli do gleby, bo te są szczelnie chronione, a ryzyko kolizji ptaków z instalacjami jest bardzo niskie. Co więcej, wokół paneli można prowadzić wypas np. owiec, które w naturalny sposób zadbają o to, by roślinność za bardzo nie urosła i nie zaczęła przesłaniać paneli. Sama obecność roślin może zaś zmniejszyć poziom kurzu i zabrudzeń na panelach, zwiększając w ten sposób ich wydajność.

Ilustr. 3: Merrill Smith. – Departament Energii USA, Wikimedia Commons

Z korzyścią dla bioróżnorodności

Departament Energii zaznacza też, że instalacje słoneczne mogą wspierać rodzimą roślinność i gatunki siedlisk zapylaczy. Niskie rośliny mogą rosnąć pod panelami słonecznymi, unikając potrzeby koszenia i pozostawiać panele bez cienia. Dwa stany (Minnesota i Maryland) opracowały już nawet certyfikaty słoneczne przyjazne dla zapylaczy, co ma wspierać rozwój takich projektów. “Siedlisko zapylaczy może przynosić korzyści lokalnym gospodarstwom, a także może być miejscem prowadzenia prac pszczelarskich” - stwierdza DE.

Do podobnych wniosków doszli też inni. Badanie w Niemczech wykazało, że parki słoneczne promują różnorodność biologiczną, siedliska znajdujące się na ich terenie są bardziej nienaruszone, a panele zapewniają schronienie dla zwierząt. Eksperci doszli do takiego wniosku po przeanalizowaniu danych z 75 parków w dziewięciu landach. Wokół instalacji wykryto np. 25 gatunków koników polnych, a także żaby, jaszczurki i ptaki.

Ilustr. 4. Bogactwo gatunków motyli i pszczół na polach kontrolnych i APV. Źródło Randle-Boggis i in., 2020

Z kolei grupa naukowców z Wielkiej Brytanii po przeanalizowaniu ponad 450 recenzowanych artykułów z czasopism akademickich wykazała, że na terenie wszystkich parków słonecznych zaobserwowano łącznie 332 osobniki z 17 gatunków motyli i 858 osobników z ośmiu gatunków pszczół. “Liczebność motyli i pszczół była wyższa na stanowiskach w parkach słonecznych w porównaniu z miejscami kontrolnymi. Obfitość motyli była wyższa w parkach słonecznych, w których owce pasły się później w ciągu roku oraz w tych, które promowały łąki, sadząc lub utrzymując dzikie kwiaty i nasiona nektaru. Liczebność pszczół była również wyższa w parkach słonecznych, które promowały łąki z dzikimi kwiatami i nasionami nektaru, w porównaniu z miejscami kontrolnymi” - stwierdzili badacze.

Wystarczy 1%

Wspomniany Departament Energii przyznaje przy tym, że nie ma jednego uniwersalnego projektu APV, który byłby odpowiedni dla wszystkich. Dlatego przy projektowaniu powinno uwzględniać się potrzeby poszczególnych gruntów i rolników, w tym wykorzystywanego przez nich sprzętu.

Oczywiście agrowoltaika nie nada się też do każdego rodzaju upraw i w każdej części świata. Ale wcale nie musi, by korzyści były ogromne.

Naukowcy z Oregon State University sprawdzili, co wpływa na wydajność paneli słonecznych. Pod uwagę wzięli nie tylko nasłonecznienie, ale i mikroklimat, na który wpływa temperatura powietrza, prędkość wiatru i wilgotność.

Główny wniosek badania opublikowanego w Nature pada już w tytule - największy potencjał energii słonecznej PV jest na obszarach uprawnych. Na drugim miejscu są łąki, a na trzecim tereny podmokłe. Tereny jałowe, tradycyjnie traktowane priorytetowo dla instalacji fotowoltaicznych, zajęły piąte miejsce. “Okazuje się, że 8 tys. lat temu rolnicy znaleźli najlepsze miejsca do pozyskiwania energii słonecznej na Ziemi” - komentuje prof. Chad Higgins, współautor badania.

Co więcej, według wyliczeń naukowców pokrycie panelami zaledwie 1% pól uprawnych na planecie powinno wystarczyć, by w energią elektryczną zasilić całą ludzkość. „Nasze rankingi potencjału energii słonecznej według rodzaju pokrycia terenu można interpretować jako prognozę zwiększonej konkurencji gruntowej między produkcją żywności i energią. Można to również interpretować jako prognozę znacznego wzrostu wykorzystania systemów agrowoltaicznych” - piszą autorzy badania.

Która z opcji zwycięży - czas pokaże. Nie brak jednak głosów, że agrowoltaika będzie odgrywać coraz większą rolę. W USA wzrost aktywności na tym polu już tej wiosny przewiduje m.in. branżowy portal Clean Technica, zauważając, że „Łańcuch dostaw energii słonecznej już się przygotowuje, aby wzbudzić zainteresowanie inwestorów”.

Szymon Bujalski

gra kalkulator zuzycia ciepla

Informacje

  • Polecane materiały
    Portal "Ziemia na rozdrożu" powstał w 2008 roku. Opublikowaliśmy tysiące artykułów, materiałów medialnych, książki i komiksy. W tej sekcji znajdziesz linki do różnych ciekawych materiałów.Polecane książki(...)

    więcej »

  • Świat na Rozdrożu - wykresy
    "Świat na rozdrożu" przedstawia powiązania między systemem finansowo-gospodarczym, zużyciem energii i zasobów oraz podlegającym coraz większej presji środowiskiem. Pokazuje, jak kształtują się i zmieniają powoln(...)

    więcej »

  • Przewodnik do sceptycyzmu globalnego ocieplenia
    Sceptycyzm naukowy jest zdrowy.  Właściwie to nauka z natury jest sceptyczna. Prawdziwy sceptycyzm oznacza rozważenie całości dowodów przed wyciągnięciem wniosków. Jeśli przyjrzymy się bliżej argumentom wyr(...)

    więcej »

  • Źródła informacji o klimacie
    Adresy stron internetowych, zawierających kluczowe dane i informacje o klimacie. Satelitarne pomiary temperaturyRemote Sensi(...)

    więcej »

  • Marcin Popkiewicz w mediach
    Marcin Popkiewicz - notka biograficzna w TVN"O co chodzi"

    więcej »

Linkownia

Wykonanie PONG, grafika GFX RedFrosch.



logowanie | nowe konto