Agrofotowoltaika a bezpieczeństwo żywnościowe

Rolnictwo i cały sektor żywności narażone są na skutki zmian klimatycznych. Gwałtowne zjawiska atmosferyczne coraz częściej niszczą uprawy rolników i sadowników. Z pomocą nadchodzi innowacyjne rozwiązanie z dziedziny odnawialnych źródeł energii, a dokładniej fotowoltaiki.

Twórcami tej koncepcji byli około 40 lat temu: niemiecki fizyk Adolf Goetzberger, założyciel instytutu Fraunhofer ISE oraz naukowiec Armin Zastrow. Agrofotowoltaika, bo tak nazwano to rozwiązanie, to system, w którym połączono proces wytwarzania energii elektrycznej z uprawą i hodowlą żywności. Okazuje się, że poprzez odpowiednie zarządzanie światłem docierającym do plonów można jednocześnie korzystać z energii słonecznej i utrzymywać grunty orne w odpowiedniej kondycji.

W ciągu ostatnich lat inżynierowie wypracowali trzy najpopularniejsze systemy agrofotowoltaiczne. Pierwszy z nich zakłada instalację paneli na ziemi, a w przestrzeniach pomiędzy nimi zasadzenie roślin. Kolejną metodą jest montaż paneli na konstrukcji napowietrznej, pod którą mogą rosnąć rośliny różnej wysokości. W trzecim przypadku instalację słoneczną montuje się na dachu szklarni.

Co daje zastosowanie systemów agrofotowoltaicznych?

Po pierwsze, ochronę plonów przed palącym słońcem, gradem, suszą a nawet mrozem. Po drugie, zoptymalizowanie wykorzystanie gruntów. A po trzecie, produkcję taniej energii elektrycznej, uniezależnienie od zewnętrznych dystrybutorów energii elektrycznej oraz generowanie dodatkowego dochodu.
Wyprodukowana energia jest tańsza od pobieranej z sieci elektroenergetycznej. Eksperci wyliczyli, że koszty produkcji energii elektrycznej w systemie APV są dziś konkurencyjne w przypadku małego systemu fotowoltaicznego na dachu budynku.

Naukowcy przewidują dalszą redukcję kosztów ze względu na korzyści zwiększającej się popularności tego typu rozwiązań. Wyprodukowana energia elektryczna może być wykorzystana do bieżącej działalności hodowcy. Np. do: naładowania samochodu elektrycznego czy innych maszyn napędzanych energią, do funkcjonowania pomp czy filtrów odsalających lub oczyszczających wodę, którą można następnie spożyć lub użyć do nawodnienia upraw.

Zdjęcie: BayWa r.e./ Fraunhofer ISE

Jak rozwija się agrofotowoltaika?

Prekursorem rozwoju rozwiązań tego typu jest Japonia, która pierwszy prototyp zainstalowała w 2004 roku. Agrofotowoltaika (APV) jest także popularna we Włoszech oraz w Niemczech. Instytut Fraunhofer ISE i APV-RESOLA zainstalowały system pilotażowy z przeznaczeniem do badań o mocy 194 kWp systemu APV w marcu 2016 roku w Heggelbach koło Jeziora Bodeńskiego. Technicy umieścili panele fotowoltaiczne na pięciometrowej konstrukcji fotowoltaicznej. Pod panelami rolnicy uprawiali pszenicę ozimą, koniczynę, ziemniaki oraz selery.

Testy wykazały, że efektywność użytkowania gruntów wzrosła o 60 procent w 2017 roku, co przełożyło się na większe plony. W przypadku selera wzrost wyniósł 12 procent, pszenicy – 2 procent, koniczyny – 8 procent. W 2018 roku, z racji słonecznego lata, efektywność użycia terenu wzrosła do 186 procent w przeliczeniu na 1 ha ziemi. Promieniowanie słoneczne pod instalacją jest o około 30 procent mniejsze. Wiosną i latem temperatura powietrza jest identyczna. W upalne i suche lato w 2018 roku wilgotność gleby przy uprawie pszenicy była natomiast większa. Możemy założyć, że cień pod półprzezroczystymi modułami słonecznymi umożliwił roślinom lepsze znoszenie gorących i suchych warunków.

W ostatnich latach technologia APV rozpowszechniła się we wszystkich regionach świata, jednak nie jest aż tak popularna, jak zwykłe instalacje fotowoltaiczne. Rządy kilku krajów wspierają tego typu rozwiązania np. w : Japonii, Chinach, Francji oraz USA. Ostatnio technologią tego rodzaju zainteresowały się także: Korea, Włochy, Indie i Wietnam.

Jaka jest przyszłość APV?

Teraz warto myśleć o takich rozwiązaniach. Na całym świecie naukowcy prowadzą prace nad ograniczeniem emisji zanieczyszczeń i łagodzeniem skutków zamiany klimatu co spowodowało, że mniejszą uwagę poświęcają na ochronę plonów przed suszą. Rosnąca liczba ludności, zwiększone zużycie energii i postępujące zmiany klimatu zwiększają zapotrzebowanie na lepsze zagospodarowanie obszarów wiejskich. Stawienie czoła wyzwaniom związanym z konfliktami użytkowania gruntów za pomocą innowacyjnych rozwiązań może być bardzo docenione w najbliższych latach.