Agrivoltaika: budoucnost udržitelného využívání půdy

S rostoucím tlakem na dekarbonizaci energetického systému při zachování orné půdy a biologické rozmanitosti se agrivoltaika rychle stává důležitou cestou k udržitelnému rozvoji.


Jedno řešení dvou krizí
Agrivoltaika, tedy společné využívání fotovoltaických systémů a zemědělské činnosti, řeší dvě zásadní výzvy: poptávku po čisté energii a zachování úrodné zemědělské půdy. Vzhledem k tomu, že pozemní fotovoltaické instalace jsou často kritizovány za zabírání zemědělské půdy, nabízí agrivoltaika výhodnou alternativu.

Jak zdůrazňuje zpráva, agrivoltaika může posílit odolnost zemědělství vůči změně klimatu tím, že chrání plodiny před extrémními povětrnostními podmínkami, což může vést ke zlepšení zadržování vody a dokonce k vytvoření biotopů podporujících rozmanitost. Tato dvojí funkce činí agrivoltaické systémy obzvláště relevantními v době, kdy se klimatické jevy zintenzivňují a světová populace stále roste.


Globální trendy a technologická rozmanitost
Zpráva poukazuje na obrovský potenciál agrivoltaických aplikací, od kompaktních nadzemních systémů v Japonsku přizpůsobených zahradnictví až po rozsáhlé meziprostorové systémy v USA zaměřené na pastvu a opylovače. Do roku 2021 vzrostla agrivoltaika z pouhých 5 MW_p v roce 2012 na 14 GW_p po celém světě, a to díky aktivní podpoře vlád v zemích jako Francie, Německo, Itálie a Čína.

Různé konfigurace agrivoltaiky se značně liší. Nadzemní systémy, meziprostorové fotovoltaické instalace a integrace do skleníků přinášejí jedinečné výhody a konstrukční výzvy. A protože zemědělské postupy jsou po celém světě velmi rozmanité, neexistuje univerzální přístup. Nejdůležitější je tedy pečlivé sladění druhů plodin a konstrukce systému s klimatem.


Modelovací a simulační nástroje
Aby byla agrivoltaika co nejefektivnější, je nutné před instalací modelovat a simulovat zemědělské a fotovoltaické výkony. To je nezbytné pro zajištění optimálního návrhu a provozu systému.

K simulaci interakcí mezi fotovoltaickými panely a zemědělskými činnostmi lze kombinovat různé modelovací přístupy, od simulace slunečního záření a analýzy stínování až po modely produktivity plodin a hydrologie půdy. Modelování se však stává složitějším, pokud se zohlední parametry jako geografie, druh plodin a místní klima. Naléhavě jsou proto potřebné integrované nástroje, které dokážou tyto proměnné flexibilně kombinovat.


Rámce výkonnosti a klíčové ukazatele výkonnosti
Na podporu konzistentního hodnocení navrhuje zpráva komplexní rámec pro hodnocení výkonu agrivoltaických systémů. Jeho ústředním prvkem je několik klíčových ukazatelů výkonu, mezi které patří:

• Poměr ekvivalentu půdy: Měří kombinovanou produktivitu zemědělství a energetiky ve srovnání s jejich individuálním výkonem na samostatných pozemcích.
• Specifický výnos (kWh/kW): Udává elektrickou produktivitu na instalovaný výkon fotovoltaického systému.
• Vodní produktivita (WP): Hodnotí účinnost využití vody při pěstování plodin pod fotovoltaickými panely.

Tyto parametry představují základní nástroje pro benchmarking, které umožňují hodnotit nejen dvojí výkon agrivoltaiky, ale také její kompromisy a synergie.


Provozní výzvy a monitorování
Agrivoltaické systémy vyžadují přísné protokoly monitorování kvůli vzájemné závislosti mezi jejich různými částmi. Například stínování způsobené fotovoltaickými panely může ovlivnit růst plodin, zatímco zemědělská činnost může zvýšit opotřebení fotovoltaické infrastruktury. Monitorovací systémy proto musí současně sledovat zemědělský výnos, elektrický výkon, proměnné mikroklimatu a potřeby údržby systému.

Provozní výzvy zahrnují také vyšší složitost a rizika údržby a provozu, bezpečnostní otázky v systémech integrovaných s chovem hospodářských zvířat a logistickou obtížnost koordinace mezi zemědělci a provozovateli energetických systémů. Zpráva podporuje adaptivní rámce monitorování a pravidelnou analýzu dat, aby se předešlo výkonnostním překážkám.


Nastavení cesty vpřed
Agrivoltaika je stále mladým odvětvím a čelí mnoha výzvám, jako je potřeba integrovaných modelovacích nástrojů a nejistoty v oblasti provozu a údržby a dlouhodobé výkonnosti. Jak však zpráva jasně ukazuje, příležitosti jsou obrovské. Dvojí využití by mohlo hrát transformativní roli při dosahování klimatických cílů, zachování ekosystémů a podpoře zemědělské produktivity v oteplujícím se světě.

Budoucí výzkum a politika by se měly zaměřit na upřesnění definic agrivoltaiky, vývoj pobídek založených na výkonu a financování mezioborových studií s cílem zaplnit mezery ve znalostech. Zaměřením se na design, monitorování a spolupráci se agrivoltaika může posunout od experimentálních pilotních projektů k mainstreamovým řešením v oblasti energetiky a zemědělství.

S rostoucím tlakem na využívání půdy nabízí agrivoltaika nadějný model, ve kterém solární panely nejen získávají energii, ale také pomáhají obdělávat půdu, na které stojí.