Фотоволтаици върху земеделска земя
Съчетаването на фотоволтаика със земеделие, или така наречената агроволтаика, бързо набира скорост. Днес въпросът пред земеделците и инсталаторите не е дали двете дейности може да се съчетаят, а как ще е най-ефективно. Навярно това не е странно предвид общата тенденция – днес се търси начин соларните системи да се интегрират по-елегантно и по-гъвкаво във вече съществуващите стопански дейности и вече изградените инфраструктури. Оказва се, че фотоволтаичните системи и инсталации могат относително лесно да се комбинират с почти всички видове земеделие, а съвременните дигитални технологии правят по-лесни проектирането, анализите и разчетите, свързани с това.
Текст: Списание АгроБио Техника
Агроволтаиката вече се утвърждава като една от най-перспективните посоки за развитие на устойчивото земеделие. Комбинацията между производство на чиста енергия и земеделска дейност предлага не само екологични и икономически предимства, но и реални решения за справяне с предизвикателствата на изменението на климата. С напредъка на технологиите, дигитализацията и регулаторните промени агроволтаиката обещава да се превърне в основен стълб на бъдещото селско стопанство. Понятието за агроволтаика обхваща всички сфери на селското стопанство. В животновъдството вече е добре позната идеята за осигуряване на сянка на пасищните животни чрез фотоволтаици. Редица проучвания потвърждават и друга полза: в зоните около соларните редици тревата е по-сочна, по-крехка и изобилна и отглежданите животни я предпочитат.
Агрофотоволтаиката се реализира в три различни варианта. Това са монтаж на фотоволтаици върху покривите на селскостопанските сгради, инсталиране на соларни панели над насажденията и интегриране на соларни клетки в остъклението на оранжерията. Монтажът на фотоволтаици върху покривите на селскостопанските сгради вече е нещо традиционно. В някои страни в Европа дори е „остаряла“ концепция, с изтекли срокове за преференциални изкупни цени. Интегрирането на PV клетки в остъклението на оранжериите е тема на безброй научни проекти и изследователски разработки. Потенциалът е голям, но засега технологията остава слабо разпространена сред земеделците. Инсталирането на соларни панели директно над насажденията обаче се радва на огромен интерес. Десетки подобни проекти са на ход из страни от цяла Европа и света. Предвид разнообразието на възможните проекти и предизвикателствата за тях, темата тепърва ще е обект на дискусии.
Възможности
Въпреки че пазарът на агроволтаика е все още в етап на ранен растеж, очакванията са той да се развива бурно поради няколко фактора: фотоволтаиката процъфтява, цените на панелите продължават да поевтиняват, а търсенето на чиста енергия и устойчивост се ускорява. Според световните прогнози, очакванията са пазарът на фотоволтаични решения в селското стопанство той да има растеж над 10% годишно. Към днешна дата най-голямата агроволтаична инсталация в света е изградена на ръба на пустинята Гоби в Китай, където горски плодове се отглеждат под слънчеви модули с обща мощност от 700MW, която се очаква да се увеличи до 1GW.
Китай е една от страните, където усилено се експериментира с агроволтаика. Индия е друг голям пазар за този род проекти. Страната е традиционно земеделска, като 60% от земята е земеделска – средно за света този дял е 39%, а амбициите й са да има 500GW ВЕИ до 2030г. Япония също е голямо име в агроволтаиката, като страната е родина на редица иновации и голям брой научни проучвания в областта. Много на брой и разнообразни проекти за агроволтаика се реализират из цяла Европа. Като че ли има негласна надпревара по брой проекти и иновации, където постиженията си премерват Франция и Германия, другите големи южноевропейски пазари – Италия и Испания, а отскоро и по-северни страни като Швейцария. САЩ също реализира множество агроволтаични проекти.
Какви са доказаните ползи?
За полезността на агроволтаиката се говори отдавна, но с натрупването на реални проекти ползите започнаха да се доказват практически. Задържането на влагата е най-осезаемата полза от агроволтаиката. Поради частичното засенчване изпаряването на водата от почвата намалява. Това от своя страна редуцира и уврежданията върху насажденията, които изпаренията могат да причинят. Намалява нуждата от поливане, съответно спада потреблението на вода. Вече има и научни данни, които сочат, че изпарението при агроволтаиката се намалява с 14 до 33%. Ползата е налице и при поливно земеделие, и при насажденията, които разчитат на естествен дъжд.
От друга страна частичното засенчване намалява топлинния стрес за растенията. Земеделците знаят добре, че по пладне и следобед в зноен летен ден насажденията им страдат от жаркото слънце, поради което не е случайно, че повечето оранжерии биват засенчвани по един или друг начин. „Разкъсаната“ сянка, която агроволтаиците хвърлят, намалява силния пек. Подобряването на добивите е следствие от запазването на влагата и намаляването на топлинния стрес. Това на пръв поглед звучи против логиката, защото на теория засенчването би трябвало да намалява добивите на културите; на практика то може да доведе до повишени добиви по време на сухите фази, тъй като растенията се благоприятстват от по-слабото изпарение.
Стабилизиращият ефект на агриволтаиците върху добивите от земеделски култури се счита за обещаващ от изследователите, особено за региони с нарастване на населението и такива с все по-остро изразени засушавания. Освен Индия и Африка, в тази група вече попада и южната част на Европа, където се очакват по-дълги сухи периоди поради изменението на климата. Досегашните проучвания показват, че повечето култури понасят добре засенчване до 15%, т.е. без значителна загуба на добив. От друга страна някои култури, например горските плодове и някои зеленчуци, дори се чувстват по-добре на сянка. При тях добивите се увеличават още повече. За много от агроволтаичните проекти е вярно и, че предпазват растенията от градушки. С това соларните панели заменят предпазните мрежи. С усъвършенстването на технологията и развитието на интелигентни агроволтаични системи се очаква ефектът на увеличаване на добивите да се подобри.
Какво може да се отглежда под фотоволтаици?
Почти всички видове земеделски култури могат да се съчетават с фовотолтаика. Една от най-често експериментираните комбинации, особено във Франция, е съчетанието от фотоволтаици и лозя. Намаляването на щетите от изпарението благоприятства отглеждането на гроздето и производителите на вино съзнателно инвестират в технологията. Като много ефективно съчетание с голям потенциал за подобряване на добивите се сочи и отглеждането на ягоди и горски плодове под соларни панели.
Картофи и други кореноплодни, като моркови, репички и цвекло, също понасят добре частично засенчване и фотоволтаиците могат да работят отгоре им. Патладжаните са сред културите, които не просто понасят добре частичното засенчване, а дори могат да се окажат по-продуктивни: до 50% по-добри добиви се наблюдават при отглеждането им под соларни панели. Някои видове домати също се чувстват добре под частичната сянка на PV панелите. Зеленолистни зеленчуци, като марули и и салати, са обект на множество експерименти и вече се знае, че някои от тях растат по-добре без наличие на много директна слънчева светлина. Спанакът също дава по-добра реколта.
Соя, рапица, ечемик, пшеница и някои видове фуражни посеви като например ръж, понасят добре „рехаво“ разположени редици соларни панели. С добри добиви в леката сянка на соларите се отличава и червената леща. В последните две години има и няколко проекта за фотоволтаика над оризища, най-вече в Азия.
Оказва се, че и овошки могат да се отглеждат наред с фотоволтаици. Най-често това става във вид на редуващи се редици от дървета и соларни панели. Вече има успешни проекти с череши, круши, маслини, бадеми, праскови, ябълки. Сред най-новите проекти за агроволтаика има и такива за отглеждане на малини. Те се изпробват в Швейцария, Германия и скандинавието. Новост в агроволтаиката е и отглеждането на броколи и зеле, но първите проекти говорят за повишаване на добивите с 20%.
Носещата конструкция или голямото предизвикателство
Как да се разположат соларните панели, за да осигурят правилната доза засенчване? Възможно ли е фотоволтаиците над земеделските насаждения да „левитират“ някак, за да не пречат на обработката на земята? В търсене на сполучливо решение соларната индустрия разработва най-разнообразни решения. Именно конструкцията на агрофотоволтаиците е арена на най-много иновации. Търси се максимално раздалечаване на носещите стълбове, така че да е възможно преминаването на земеделски машини между соларните редици. Някои от предлаганите подходи предвиждат отстояние до 30 метра между мачтите.
По същата причина и височината на соларните платна варира значително.
Минимумът от 2 метра е приет за норма за височина. В последно време обаче се налага разбирането за по-голяма височина, до 4 и дори 5 метра, за да могат тракторите да преминават спокойно отдолу. В търсене на начини за „олекотяване“ на конструкциите и съответните фундаменти, индустрията експериментира и с други алтернативни подходи, например „окачени“ фотоволтаици. Голям брой панели биват поддържани от малко на брой пилони, от които се опъват носещи въжета, подобно на окачените мостове. Според наличните данни, така се намалява тежестта на конструкцията с около една трета.
Соларни тракери и управление
Тракерите са класическо решение в света на фотоволтаиката, но агроволтаиката има по-специални изисквания. Понякога се налага панелите да бъдат временно обърнати в посока, различна от най-подходящата за проследяване на слънцето, за да може под панелите да премине дадена машина. Това налага използването на механизми за индивидуално временно променяне на работата на тракерите. Възможно е в бъдеще този процес да се автоматизира, предвид високото ниво на дигитализация на самите селскостопански машини.
Промяна на позициите на тракерите често се налага и при фермите с овошки, където дърветата се редуват с редиците соларни панели. Няколко различни института предложиха в рамките на последната година различни формули за най-доброто адаптивно наклоняване на соларните плоскости съобразно развитието на овошките. Пак за агроволтаиката се разработват и тракери „всичко в едно“, които интегрират монтажна конструкция, инвертори, оптимизатори на мощността, платформа за наблюдение.
Двулицеви панели
Все по-добре развитата технология на двулицевите соларни панели едва ли може да намери по-добро място за реализация от агроволтаиката. В тази сфера използването на двулицеви панели почти се е превърнало в стандарт. Имайки фотоволтаично покритие и отгоре, и отдолу, този вид модули улавят и пряката, и отразената от околната среда слънчева светлина. Това повишава добива на електроенергия. Наред със стандартното монтиране на фотоволтаици над земеделските терени някои производители лансират и с друг вид използване на двулицевата технология: вертикално подреждане на панелите, подобно на ограда. Предвид движението на слънцето през деня, и двете PV страни биват директно огрявани в различните части от деня, и докато едната работи под пряко греене, другата улавя отразена светлина. Този подход решава и някои от дилемите относно носещите конструкции.
Дигитализация и AI
Всяка форма на инфраструктурно планиране се нуждае от моделиране и визуализация, но при агроволтаиката това е особено ценно. Това обяснява появата на множество софтуерни инструменти за моделиране на агроволтаични електроцентрали в последната година. Тенденцията е новост, защото агроволтаиката е млада индустрия. Тя все още няма предпочитано уеб базирано приложение, което да помага на разработчиците на слънчева енергия бързо да изготвят проекти, като вземат предвид вида и особеностите на културите отдолу.
Основният подход за проектиране на агроволтаични проекти включва справяне с трите К: конфигурация, климат и култури. Чрез внимателно разглеждане на тези фактори предприемачът може да прецизира стратегиите си за разпределяне и издигане на слънчевите панели, за да увеличи максимално използването на земята за земеделие, осигурявайки възможно най-добрия баланс между производството на енергия и селското стопанство. Развитието на изкуствения интелект също не подминава агроволтаиката. Сред новите софтуерни инструменти се появяват такива, които предлагат инструменти за преглед на агроволтаичните проекти чрез добавена реалност. За основа служат кадри от реалните терени. Върху тях чрез софтуер се наслоява фотоволтаичната инсталация, което позволява на потребителите да видят как ще изглеждат фиксираните структури или тракерите за агроволтаична ферма в конкретния район.
Електрическа мобилност
Тенденция, която тепърва ще започне да набира скорост в света на агроволтаиката, е интеграцията с електрически превозни средства и зарядната инфраструктура за тях. Електроенергията, генерирана от соларните панели във фермата, традиционно се продава към мрежовите оператори. Тя обаче може и да се използва на място – за захранване на собствените електрически превозни средства на фермерите и техните екипи. Нещо повече. Американски изследователи лансираха идеята, че агроволтаиците могат да осигурят електричество и за зарядните станции за е-коли по протежение на пътищата и магистралите, които преминават в непосредствена близост. По този начин се намалява нуждата от многократно преобразуване и транспортиране на енергията. От друга страна, именно в селските райони е най-изостанало и най-трудно изграждането на нови зарядни станции за електромобили, така че използването на агроволтаиците за тази цел е решение от типа „с един куршум два заека“.
Регулаторни промени на хоризонта
Развитието на агроволтаиката изисква и вече катализира някои регулаторни намеси. Най-често причината за тях е, че в повечето страни е забранено да се използва земеделска земя за цели, различни от земеделие. Това трябва да се промени. Някои индустриални организации вече приканват правителствата по света да ревизират регулациите за начините на използване на земеделските земи, за да облекчат изграждането на агроволтаични масиви. Освен това, тъй като засенчването може да доведе до намаляване на добивите от земеделските култури, трябва да се разработят и прилагат разпоредби относно пределно допустимите фотоволтаични площи, отстояния, елементи на обслужващата инфраструктура.
В Европа, Италия и Франция вече напредват с регулаторните рамки относно агроволтаиката. Япония също е направила крачки в тази посока. Най-често тези промени се случват с по-мащабните регулаторни разпоредби за възобновяемата енергия, соларните системи и селското стопанство. Стандартите за агроволтаика трябва да бъдат премислени внимателно, защото носят риск да ограничат потенциала за иновации, предупреждават специалистите