Агриволтаичните ферми са нов подход към по-устойчиво бъдеще

Концепцията комбинира производството на слънчева електроенергия със селскостопанска дейност на едно и също място

Shutterstock    ©  Shutterstock
Все повече проучвания подчертават потенциала на агриволтаиците (APV) за подобряване на ефективността на използване на земята, производство на регионална храна и като едно от решенията в борба с климатичните промени. Комбинирането на фотоволтаични технологии с обработваеми земи, пасища или местообитания на пчели може да допринесе за постигането на целите за възобновяема енергия и чиста храна, като същевременно намалява местната съпротива срещу разполагането на фотоволтаични инсталации.

Радина Калдамукова от авторския екип на научнопопулярната платформа "Климатека" описва ползите и ефектите от този подход. Тя е магистър по геоекология от Университета в Тюбинген, Германия и участник в програмата Pioneers into practice на най-голямото публично-частно партньорство в Европа в сферата на климата - Climate-KIC. "Капитал" публикува статията й с малки съкращения, заглавието е на редакцията.

Идеята за производство на слънчева енергия и отглеждане на култури на една и съща площ съществува от 80-те години на ХХ век. Концепцията е замислена от Гьотцбергер и Застров в института Fraunhofer (Германия) през 1981 г. Те предлагат фотоволтаичната конструкция да се издигне на височина 2 м и разстоянието между редовете да е около 3 пъти височината на модулите, за да се постигне равномерно огряване на културите, като в същото време позволява движението на механизирана селскостопанска техника.

Оттогава до днес изолирани демонстрационни и изследователски инсталации са създадени или планирани в Аризона и Масачузетс (САЩ), Нидерландия, Япония, Индия, Италия, Франция, Германия, Малайзия, Чили и др.

В последните години концепцията става все по-привлекателна, тъй като цената на фотоволтаичните панели пада, а интересът към възобновяемата енергия се повишава заедно с финансовия натиск върху дребните фермери.

Агриволтаичните системи увеличават добивите наред с други ползи, особено в сухи и засушени райони.

Какви са ползите

В Япония концепцията е разработена от Акира Нагашима през 2004 г., пенсиониран инженер, който патентова специална структура, - от тръби и редове фотоволтаични панели без бетонни основи, които са подредени през определени интервали, за да позволят достатъчно слънчева светлина да достигне земята, както и за използване на селскостопанска техника. Въз основа на тестове той препоръчва около 32% засенчване на земеделската земя, за да се постигне адекватен растеж на културите.

Проучване на Barron-Gafford и колеги, публикувано в Nature през 2019 г., сравнява добивите от селскостопанска продукция, количеството произведена енергия и изразходваната за напояване вода, използвайки агриволтаична система и традиционна селскостопанска система в щата Аризона, САЩ. Изследваните растения (лют червен пипер, халапеньо и чери домат) удвояват реколтата си в агриволтаичната система в сравнение с традиционната.

Поради охлаждащия ефект на растителната транспирация върху слънчевите панели се наблюдава и леко покачване в производството на електроенергия. Агриволтаичната система генерира 1% повече електроенергия на годишна база (3% увеличение през летните месеци) в сравнение с обикновена фотоволтаична система на същото място. Освен това поглъщането на въглероден диоксид и ефективното използване на вода също са по-високи (и двете с 65%) в такава смесена система, което според авторите е подпомогнало общата производителност чрез намаляване на стреса на растенията от топлина и суша.

Един актуален проект на Университета на Масачузетс, САЩ, изучава как се развиват растениевъдството и животновъдството под слънчеви панели около десетилетие. Досега проучванията показват, че някои култури като маруля и къпини се справят добре на сянка и дори могат да "спечелят" от положителните ефекти, особено в по-горещите региони. Други култури като броколи, зеле и чушки показват намален добив. Един негативен ефект е, че се произвежда по-малко енергия на квадратен метър в сравнение с изграждането на стандартни фотоволтаични панели, но експертите са на мнение, че все пак плюсовете преобладават и сметката излиза.

Сборът от ползите дори при намалени добиви е все още по-голям, отколкото би могло да се постигне при използване само на соларни панели или ако се разчита само на земеделие, което се дължи и на синергиите между тях.

Япония, където са инсталирани най-много агриволтаични системи досега, е идентифицирала и списък със 120 най-важни агриволтаични култури, подходящи за японските климат и селскостопански условия.

Необходими са обаче още допълнителни изследвания, за да се определи точен подход за класифициране на пригодността на културите за използване в агриволтаичните системи.

Засилен интерес

В световен мащаб инсталираният капацитет на агриволтаика продължава да нараства. Около 2200 системи са инсталирани по целия свят от 2014 г. насам, а Япония е страната, където са инсталирани най-много агриволтаични ферми - над 1992, които произвеждат около 0.8% от общата фотоволтаична енергия през 2019 г.

През 2018 г. френската Sun'agri изгражда първото агриволтаично поле в Източните Пиренеи с мощност 2.2 MW, инсталирано върху 4.5 ха лозя. В холандския град Баберих компанията BayWa е инсталирала 2.7 MWp агри-PV ферма за малини, която е най-голямата агриволтаична система за производство на плодове в Европа.

Полупрозрачните фотоволтаични модули без рамки са монтирани над културите с полузатворена едноредова система, която ги предпазва от атмосферни явления. С това същевременно се осигурява и по-добра вентилация и намалено използване на пестициди, което от своя страна води до опазване на биоразнообразието в полетата.

Някои проекти вече са достигнали пазарна зрялост. Agrinergie® е името на системите, създадени от групата Akou Energy за комбиниране на енергия от фотоволтаици и производство на култури, като същевременно се взема предвид опазването на ландшафта. Първият проект, който включва тази концепция, е инсталиран на френския тропически остров Ла Реюнион. Модулите са умишлено раздалечени, за да се отглежда лимонена трева между тях, а топографията им се слива хармонично с пейзажа.

Немската Next2Sun разработва вертикални инсталации с двулицеви фотоволтаични модули, обърнати на изток и запад, оставяйки междуредови зони (широки около 10 м) за земеделие. В Австрия и Германия вече са разработени проекти с инсталирана мощност 22 kWp за отглеждане на картофи и съответно сено и силаж. Тези двулицеви панели са и с по-ниска конструкция, което означава по-ниски разходи за монтаж и поддръжка.

Фотоволтаични оранжерии

Soliculture, компания, базирана в Санта Круз, Калифорния, комерсиализира иновативни полупрозрачни соларни панели, които са съставени от тънки силициеви фотоволтаични (PV) ленти, подредени върху стъклен панел, подобрявайки качеството на светлината чрез преобразуване на зелена светлина в червена. Оптимизираният светлинен спектър подобрява производството на енергия и улеснява растежа на културите, пропускайки максимално слънчевата светлина. При множество проведени опити с растения при културите под този вид панели са наблюдавани положителни реакции на растеж, включително повишен добив, по-бързо време за узряване и устойчивост на болести.

Соларна паша

Освен земеделска продукция двойното използване на площите може да включва и животновъдство. Един такъв пример е соларната паша. Това е метод за контрол на растителността под фотоволтаичните панели с помощта на пасищен добитък - най-често овце.

Обикновено соларните компании сключват договор с местни овцевъди за преместване на овцете на мястото на соларния парк през пролетта, грижат се за тях през пасищния сезон и ги преместват обратно през зимата. Овчарите се грижат за животните, следят за здравето им и ги местят стратегически, за да не обрасва растителността твърде висока и да не засенчва слънчевите панели. За овцевъдите това е възможност за допълнителен доход, като соларните компании често им осигуряват достъп до ресурси като вода и електричество.

Овцете обичат да консумират много видове плевели и инвазивни растения и са подходящи за паша под панелите, където е по-трудоемко да се коси механично.

В соларния парк могат да бъдат поставени и кошери с медоносни пчели заедно с пасящите овце. В Северна Америка например овцевъдите работят заедно с пчелари и следят за доброто управление и взаимната полза от този вид агрифотоволтаична система.

А в България?

В България земеделци и животновъди, които искат да инвестират в изграждането на агриволтаични системи, могат да кандидатстват по мярка 4 - "Инвестиции в материални активи", от Програмата за селските райони 2014 - 2020 г.

На този етап все още няма мащабни проекти за двойно използване на земята, но в страната има проекти, инсталирани в селскостопански райони като Санданско-Петричко, Кресна, Костинброд, Брезник, Чупрене, Съединение, Петрово, Струмяни, Режанци и други.

Има компании, които изграждат собствени соларни централи за овце и крави.

Много селскостопански обекти не са свързани с електрическата мрежа и затова фермерите използват дизелови генератори. Те са скъпи и шумни, изискват допълнителни разходи за гориво и редовна поддръжка, дизеловите отработени газове негативно влияят и върху екосистемата. Собствениците на нов краварник, разположен близо до село Калчево в Ямболска област, инсталират 32 броя фотоволтаични модула по 330 вата, батерии, контролери и инвертори. Към настоящия момент краварникът и къщата на фермерите са снабдени с електричество денонощно, като по-голямата част от времето - в пълна тишина, а разходът на гориво е спаднал значително

Пилотни проекти в различни реални условия демонстрират потенциала на агриволтаичната технология за по-масово навлизане, получавайки все по-широко одобрение от индустрията и правителствата. В близко бъдеще се очаква рязко увеличаване на броя на инсталациите и капацитета им, но с това възникват и нови опасения относно опазването на ландшафта и биоразнообразието. Тъй като прилагането на APV може да бъде фокусирано главно върху ефективността на фотоволтаичната система (която носи повече финансов стимул, отколкото селското стопанство), трябва да се обърне и достатъчно внимание на правилната синергия между производството на енергия и производството на храна. Разработването на нови технологии, както и правилният подбор на растителни видове, адаптирани към АPV системите, са темите, над които трябва да се фокусират настоящите и бъдещите научни изследвания.

По-нататъшното разработване и усъвършенстване на агриволтаичните системи е от ключово значение за справянето с климатичните предизвикателства, като същевременно полага основите на устойчиви политики в секторите енергетика, земеделие и развитие на селските райони.