Fotowoltaika rolnicza: jak rolnictwo i energia słoneczna kształtują przyszłość
Wszyscy mówią o agrivoltaice - i nie bez powodu. Ta innowacyjna technologia łączy w sobie to, co najlepsze z obu światów: produkcję czystej, odnawialnej energii i uprawę gruntów rolnych. Ale co dokładnie kryje się za terminem agrofotowoltaika? Jak dokładnie to działa i jakie są zalety tego rozwiązania? W tym obszernym artykule dowiesz się wszystkiego, co musisz wiedzieć o agrofotowoltaice - od szczegółów technicznych po ekonomiczne i prawne warunki ramowe.
Jeśli jesteś rolnikiem, który chce bardziej efektywnie wykorzystywać swoją ziemię lub po prostu chcesz dowiedzieć się więcej o przyszłości zrównoważonej produkcji energii, bądź na bieżąco - będziesz zaskoczony możliwościami!
Czym jest agrowoltaika (agri-PV)?
Agri-fotowoltaika, znana również jako agri-PV lub agri-fotowoltaika, opisuje jednoczesne wykorzystanie gruntów rolnych do produkcji energii słonecznej i produktów rolnych. Osiąga się to poprzez instalację systemów agrofotowoltaicznych, które umieszczają ogniwa słoneczne bezpośrednio nad gruntami rolnymi. W przeciwieństwie do konwencjonalnych farm słonecznych, które często blokują duże obszary do wyłącznego wykorzystania jako źródło energii, Agri-PV oferuje "podwójne wykorzystanie" gruntów. Oznacza to, że na tych samych metrach kwadratowych można uprawiać rośliny i wytwarzać energię.
Koncepcja ta może początkowo brzmieć jak science fiction, ale już dziś jest rzeczywistością. Liczne projekty pilotażowe na całym świecie pokazują, że technologia ta działa - i to z imponującymi wynikami.
Pochodzenie i rozwój agrivoltaics
Podstawowa idea agrivoltaics nie jest całkowicie nowa. Pierwsze pomysły na integrację modułów słonecznych na gruntach rolnych w celu maksymalnego wykorzystania gruntów były rozważane już w latach 80-tych. Jednak w tamtym czasie technologia nie była jeszcze wystarczająco rozwinięta, aby oferować praktyczne rozwiązania. Minęło kilka dekad, zanim postęp technologiczny sprawił, że wizja podwójnego wykorzystania gruntów stała się rzeczywistością.
W ciągu ostatnich dziesięciu lat technologia Agri-PV poczyniła ogromny krok naprzód. W szczególności w krajach takich jak Niemcy, Francja, Japonia i USA przeprowadzono obiecujące projekty pilotażowe, które wykazały nie tylko wykonalność, ale także opłacalność ekonomiczną. Agrofotowoltaika jest obecnie uważana za jedną z najbardziej obiecujących technologii pozwalających przezwyciężyć globalny kryzys energetyczny i żywnościowy.
Jak działa agrofotowoltaika?
Sposób działania systemów agrivoltaicznych jest w rzeczywistości dość prosty do zrozumienia. Zasadniczo moduły słoneczne są instalowane nad gruntami rolnymi, które są montowane na stałe lub elastycznie w swojej orientacji. Moduły są ustawione w taki sposób, aby przepuszczały wystarczającą ilość światła do roślin znajdujących się poniżej, jednocześnie przechwytując wystarczającą ilość światła słonecznego do generowania energii elektrycznej.
Istnieją różne warianty technologii Agri-PV:
- Moduły statyczne: Są one montowane na stałe i zwykle znajdują się na wysokości od 2 do 5 metrów nad ziemią. Wysokość ta zapewnia, że maszyny rolnicze mogą pracować pod modułami bez żadnych problemów.
- Moduły regulowane: Moduły te mogą dostosowywać się do nasłonecznienia i potrzeb rolnictwa. Można nimi sterować w taki sposób, aby generowały maksymalną ilość energii elektrycznej lub zapewniały roślinom optymalny dopływ światła.
- Moduły półprzezroczyste: Moduły te są specjalnie zaprojektowane, aby umożliwić równomierne przepuszczanie światła. Są one szczególnie przydatne dla roślin preferujących półcień, ponieważ blokują tylko część światła słonecznego.
Moduły mogą być sterowane za pomocą różnych technologii, od prostych ustawień ręcznych po najnowocześniejsze zautomatyzowane systemy, które działają w oparciu o wzorce pogodowe i cykle upraw.
Jak definiuje się agrowoltaikę?
Rozróżnienie między systemami agrofotowoltaicznymi a konwencjonalnymi naziemnymi systemami solarnymi nie zawsze jest oczywiste na pierwszy rzut oka, ponieważ obie technologie wykorzystują moduły słoneczne na otwartych przestrzeniach. Aby uniknąć nadużyć i nieporozumień, opracowano jasne wytyczne i standardy, które definiują, co stanowi prawdziwy system agrivoltaiczny. Definicje te zostały określone w normie DIN SPEC 91434, która została opracowana przez szerokie konsorcjum firm, rolników, organizacji badawczych i stowarzyszeń.
Norma DIN SPEC 91434 zawiera precyzyjne specyfikacje dotyczące sposobu, w jaki główne zastosowanie rolnicze musi być utrzymane pomimo instalacji modułów słonecznych. Głównym celem tej normy jest zapewnienie, że produkcja rolna nie pełni jedynie funkcji alibi w celu uzyskania dotacji, ale jest faktycznie kontynuowana. Tylko wtedy, gdy produkcja rolna jest zagwarantowana przez cały czas, system jest uważany za prawdziwy system agro-PV.
Podczas gdy norma DIN SPEC 91434 koncentruje się przede wszystkim na uprawie roślin, w czerwcu 2023 r. opublikowano uzupełniającą normę DIN SPEC 91492, która określa szczegółowe wymagania dotyczące hodowli zwierząt w systemach agri-PV. To rozszerzenie pokazuje, że agrowoltaika oferuje obiecujące rozwiązanie nie tylko dla uprawy roślin, ale także dla hodowli zwierząt. Oba standardy razem tworzą kompleksowy zestaw zasad, które zapewniają harmonizację wykorzystania rolniczego i wytwarzania energii słonecznej.
Dwie kategorie systemów agro-PV
Norma DIN SPEC 91434 rozróżnia dwa główne typy systemów agrivoltaicznych, które różnią się pod względem rodzaju uprawy i użytkowania gruntów:
Kategoria 1: Systemy wysoko położone
Systemy te charakteryzują się podwyższoną konstrukcją, w której moduły słoneczne są zamontowane na stojakach umożliwiających uprawę bezpośrednio pod modułami. Oznacza to, że maszyny rolnicze mogą pracować pod systemami bez przeszkód. Ten typ instalacji jest szczególnie wydajny, ponieważ utrata gruntów jest minimalna - odsetek użytecznych gruntów rolnych zablokowanych przez konstrukcje nie może przekraczać 10%.
Kategoria 2: Uprawa między rzędami modułów
W tym przypadku moduły słoneczne są instalowane w rzędach, dzięki czemu prace rolnicze mogą być wykonywane tylko między rzędami modułów. Ten typ systemu jest często realizowany za pomocą stołów modułowych lub systemów podnoszonych pionowo. Elastyczność tych systemów jest zaletą, ale zajmują one więcej miejsca niż systemy pionowe. Obszar utracony w tej kategorii może wynosić do 15% całkowitej powierzchni projektu.
Efektywność wykorzystania terenu
Kolejna ważna specyfikacja normy DIN SPEC 91434 dotyczy efektywności wykorzystania gruntów rolnych. Aby zagwarantować, że główne użytkowanie rolnicze nie ucierpi z powodu instalacji systemów solarnych, co najmniej 66% plonu referencyjnego musi być generowane na całkowitym obszarze projektu po zbudowaniu systemu agrivoltaicznego. Oznacza to, że produktywność gruntów rolnych musi być w dużej mierze utrzymana nawet po zainstalowaniu modułów słonecznych.
Te normy i standardy zapewniają, że agrowoltaika nie jest tylko technologią generowania energii elektrycznej, ale także w zrównoważony sposób wspiera użytkowanie rolnicze. Promują one zrównoważone wykorzystanie gruntów, które służą zarówno produkcji energii, jak i dostawom żywności.
Ochrona przed niewłaściwym użytkowaniem
Kolejnym kluczowym aspektem normy DIN SPEC 91434 jest ochrona przed niewłaściwym użyciem. Celem jest zapobieganie deklarowaniu konwencjonalnych naziemnych systemów fotowoltaicznych jako systemów agrivoltaicznych w celu uzyskania dotacji i grantów. Te rygorystyczne wytyczne gwarantują, że tylko te projekty, które są faktycznie wykorzystywane do celów rolniczych, a nie tylko jako pretekst do uzyskania korzyści finansowych, są uważane za agrivoltaics.
To jasne rozgraniczenie i szczegółowe wymagania norm DIN SPEC 91434 i DIN SPEC 91492 zapewniają, że systemy agrivoltaiczne wnoszą rzeczywisty wkład w podwójne wykorzystanie gruntów i spełniają cele zrównoważonego rozwoju w rolnictwie i produkcji energii.
Zalety agrivoltaiki
Agrivoltaics oferuje wiele korzyści, które są ważne zarówno dla rolników, jak i dla środowiska. Przyjrzyjmy się bardziej szczegółowo kluczowym korzyściom:
Podwójne wykorzystanie gruntów
Jedną z największych zalet technologii Agri-PV jest podwójne wykorzystanie gruntów. W wielu regionach świata grunty rolne są ograniczone, a konkurencja o zasoby ziemi rośnie. Dzięki agrowiatrakom rolnicy mogą zarówno generować energię, jak i kontynuować swoją tradycyjną działalność rolniczą. Zwłaszcza w gęsto zaludnionych regionach, gdzie grunty rolne są ograniczone, podwójne wykorzystanie jest decydującą zaletą.
Zwiększenie plonów w rolnictwie
Zaskakującą zaletą agrofotowoltaiki jest to, że może ona prowadzić do zwiększenia plonów w rolnictwie. Zainstalowanie paneli słonecznych zapewnia pewną ilość cienia dla upraw znajdujących się poniżej. Może to być szczególnie korzystne w gorącym i słonecznym klimacie, gdzie rośliny często cierpią z powodu intensywnego światła słonecznego. Panele słoneczne chronią rośliny przed ekstremalnym ciepłem, jednocześnie wytwarzając energię. Badania wykazały, że rośliny takie jak pomidory, jagody i sałata rosną nawet lepiej pod modułami niż bez nich. Moduły mogą również zapewnić ochronę przed ekstremalnymi warunkami pogodowymi, takimi jak grad lub ulewny deszcz.
Wkład w ochronę klimatu
Połączenie rolnictwa i energii odnawialnej stanowi znaczący wkład w ochronę klimatu. Z jednej strony, moduły fotowoltaiczne generują czystą, odnawialną energię, co zmniejsza emisję gazów cieplarnianych. Z drugiej strony, grunty rolne pozostają produktywne, co oznacza, że nie trzeba wykorzystywać dodatkowych gruntów do produkcji energii. Ograniczenie zajmowania gruntów jest dużym plusem dla ochrony środowiska, ponieważ promuje bioróżnorodność i zapobiega utracie naturalnych siedlisk.
Możliwe zastosowania i aplikacje agrivoltaics
Możliwe zastosowania agrivoltaiki są zróżnicowane i obejmują zarówno małe gospodarstwa rolne, jak i operacje rolnicze na dużą skalę. Technologia ta może być wykorzystywana w niemal każdym środowisku rolniczym, od winnic po pastwiska i pola zbożowe.
Zastosowanie w różnych uprawach
Jedną z największych zalet systemów agrivoltaicznych jest ich wszechstronność. Moduły słoneczne mogą być instalowane w różnych uprawach. Niektóre uprawy, takie jak sałata, szpinak i jagody, szczególnie korzystają z częściowo zacienionych warunków stworzonych przez moduły. W cieplejszym klimacie moduły zapewniają pożądaną ochronę przed nadmiernym nasłonecznieniem i pomagają zmniejszyć zapotrzebowanie roślin na wodę, ponieważ parowanie jest ograniczone przez cień.
Jednak systemy te mogą być również wykorzystywane do bardziej wytrzymałych upraw, takich jak pszenica, kukurydza i soja. Chociaż w tym przypadku nacisk kładziony jest w mniejszym stopniu na ochronę przed słońcem, zaleta podwójnego wykorzystania pozostaje. W niektórych przypadkach pastwiska dla bydła można nawet łączyć z modułami słonecznymi.
Przykłady zastosowań na całym świecie
Na całym świecie istnieją już udane projekty pilotażowe, które pokazują korzyści płynące z agrowoltaiki. Istnieje wiele przykładów, szczególnie w krajach takich jak Japonia, Francja i Niemcy. W Japonii pola ryżowe są uzupełniane modułami słonecznymi, podczas gdy we Francji winnice wykorzystują tę technologię do poprawy jakości winogron. Istnieje również wiele obiecujących rozwiązań w Niemczech, takich jak projekt "AgroPV", w którym jagody są uprawiane pod modułami słonecznymi. Projekty te nie tylko pokazują, że Agri-PV działa, ale także, że jest ekonomicznie opłacalne.
Ekonomiczne i prawne warunki ramowe
Finansowanie i opcje finansowania
Finansowanie systemu agrivoltaicznego może być wyzwaniem, ponieważ początkowa inwestycja jest wysoka. Niemniej jednak istnieje wiele możliwości finansowania na poziomie krajowym. Wiele rządów, zwłaszcza w UE, oferuje specjalne dotacje i granty na budowę systemów agrivoltaicznych. Taryfa gwarantowana, tj. wynagrodzenie za energię słoneczną wprowadzaną do sieci publicznej, jest również zachętą do inwestowania w tę technologię.
Ponadto istnieją prywatne modele finansowania i współpraca z firmami energetycznymi, które są skłonne inwestować w takie systemy. Dla rolników może to być dodatkowe źródło dochodu, ponieważ mogą nie tylko sprzedawać swoje produkty rolne, ale także czerpać zyski z produkcji energii.
Od października 2021 r. Federalna Agencja ds. Sieci wprowadziła dodatkowe wymogi dotyczące obszarów dla specjalnych instalacji solarnych, które obejmują również agrivoltaikę. Wymogi te regulują, które obszary kwalifikują się do systemów dotowanych przez EEG. Specjalne instalacje solarne to te, które są wznoszone na gruntach ornych, które nie są torfowiskami i gdzie uprawy są uprawiane na tym samym obszarze w tym samym czasie.
Tak zwany Pakiet Solarny 1, który wszedł w życie w maju 2024 r., przyniósł dalsze zmiany w finansowaniu EEG. Nowe przepisy stanowią, że systemy agrivoltaiczne objęte normą DIN SPEC 91434 kwalifikują się do finansowania, o ile spełniają określone wymagania. Minimalna wysokość 2,10 metra ma zastosowanie do systemów podwyższonych, w których możliwa jest uprawa pod modułami. Pionowo montowane instalacje solarne, które należą do kategorii 2, muszą mieć co najmniej 0,80 metra wysokości.
Wciąż oczekuje się na ostateczne wyjaśnienie, czy regulowane systemy agrivoltaiczne ze śledzeniem, które są montowane na jednym lub dwóch słupach, będą również kwalifikować się do dotacji EEG. Federalne Ministerstwo Gospodarki pracuje obecnie nad odpowiednią zmianą ustawy o przemyśle energetycznym w celu uwzględnienia tych systemów.
Procedura wydawania zezwoleń i aspekty prawne
Wymogi prawne dotyczące budowy systemów agrivoltaicznych różnią się w zależności od kraju. W wielu krajach istnieją specjalne przepisy dotyczące instalacji solarnych na gruntach rolnych. Ważne jest, aby przed budową systemu zapoznać się z lokalnymi przepisami i procedurami wydawania zezwoleń. Często konieczne jest sporządzenie raportów środowiskowych i spełnienie określonych wymogów w zakresie ochrony przyrody. Niemniej jednak wiele rządów stara się uprościć ten proces w celu promowania tej technologii.
Wyzwania i zagrożenia związane z agrowoltaiką
Wyzwania techniczne
Chociaż agrowoltaika oferuje wiele korzyści, istnieją również wyzwania techniczne, które należy pokonać. Jednym z największych wyzwań jest integracja modułów słonecznych z gospodarstwem. Moduły muszą być umieszczone w taki sposób, aby nie utrudniały pracy na polu. Konserwacja systemów wymaga również specjalistycznej wiedzy, aby zapewnić optymalne działanie zarówno maszyn rolniczych, jak i systemów fotowoltaicznych.
Akceptacja wśród rolników i ludności
Kolejnym ryzykiem jest akceptacja technologii przez rolników i ludność. Nie wszyscy są od razu entuzjastycznie nastawieni do pomysłu instalowania modułów słonecznych nad polami. Niektórzy rolnicy obawiają się, że moduły wpłyną na wzrost ich upraw lub obniżą estetykę ich pól. Niekiedy mieszkańcy mają również zastrzeżenia co do zmian w krajobrazie. Kluczowe znaczenie ma tutaj edukacja i udokumentowanie udanych projektów pilotażowych.
Perspektywy na przyszłość i potencjał agrowoltaiki
Przyszłość agrowoltaiki wygląda obiecująco. Wraz z rosnącymi cenami energii, rosnącym zapotrzebowaniem na energię odnawialną i potrzebą bardziej efektywnego wykorzystania gruntów rolnych, technologia ta będzie odgrywać coraz ważniejszą rolę w nadchodzących latach. Oczekuje się, że technologia ta będzie się dalej rozwijać i będzie wykorzystywana w coraz większej liczbie krajów i regionów.
Agri-PV oferuje ogromny potencjał, szczególnie w krajach o gorącym klimacie, gdzie rolnictwo bardzo cierpi z powodu słońca. Technologia ta może jednak również odegrać ważną rolę w uczynieniu rolnictwa bardziej zrównoważonym i wydajnym w chłodniejszych regionach.
Podsumowanie: Agrofotowoltaika - technologia z przyszłością
Agrofotowoltaika to coś więcej niż tylko trend techniczny. Oferuje ona realne rozwiązanie dla dwóch najpilniejszych wyzwań naszych czasów: zabezpieczenia dostaw żywności i produkcji czystej energii. Dzięki podwójnemu wykorzystaniu gruntów, poprawie plonów rolnych i przyczynianiu się do ochrony klimatu, Agri-PV może stać się kluczową technologią dla zrównoważonego rozwoju. Jeśli jesteś rolnikiem lub po prostu interesujesz się energią odnawialną, nadszedł czas, aby przyjrzeć się bliżej agrofotowoltaice. Przyszłość zaczyna się dziś!