Agrivoltaika: przyszłość zrównoważonego użytkowania gruntów

Wraz z rosnącą presją na dekarbonizację systemu energetycznego przy jednoczesnym zachowaniu gruntów ornych i różnorodności biologicznej, agrivoltaika szybko staje się ważną drogą do zrównoważonego rozwoju.

Jedno rozwiązanie dwóch kryzysów
Agrivoltaika, czyli wspólne wykorzystanie systemów fotowoltaicznych i działalności rolniczej, stanowi odpowiedź na dwa zasadnicze wyzwania: zapotrzebowanie na czystą energię i zachowanie żyznych gruntów rolnych. Ponieważ naziemne instalacje fotowoltaiczne są często krytykowane za zajmowanie gruntów rolnych, agrivoltaika stanowi korzystną alternatywę.

Jak podkreślono w raporcie, agrowoltaika może zwiększyć odporność rolnictwa na zmiany klimatu poprzez ochronę upraw przed ekstremalnymi warunkami pogodowymi, co może prowadzić do poprawy retencji wody, a nawet stworzenia biotopów sprzyjających różnorodności. Ta podwójna funkcja sprawia, że systemy agrowoltaiczne są szczególnie istotne w czasach nasilających się zjawisk klimatycznych i rosnącej liczby ludności na świecie.

Globalne trendy i różnorodność technologiczna
Raport wskazuje na ogromny potencjał zastosowań agrivoltaicznych, od kompaktnych systemów naziemnych w Japonii dostosowanych do ogrodnictwa, po rozległe systemy międzyprzestrzenne w Stanach Zjednoczonych przeznaczone do wypasu i zapylania. Do 2021 r. agrowoltaika wzrosła z zaledwie 5 MW_p w 2012 r. do 14 GW_p na całym świecie, dzięki aktywnemu wsparciu rządów takich krajów, jak Francja, Niemcy, Włochy i Chiny.

Różne konfiguracje agrivoltaiki znacznie się od siebie różnią. Systemy naziemne, instalacje fotowoltaiczne międzyprzestrzenne i integracja z szklarniami niosą ze sobą wyjątkowe korzyści i wyzwania konstrukcyjne. A ponieważ praktyki rolnicze na całym świecie są bardzo zróżnicowane, nie ma jednego uniwersalnego podejścia. Najważniejsze jest zatem staranne dostosowanie rodzajów upraw i konstrukcji systemu do klimatu.

Narzędzia do modelowania i symulacji
Aby agrowoltaika była jak najbardziej efektywna, przed instalacją konieczne jest modelowanie i symulowanie wydajności rolniczej i fotowoltaicznej. Jest to niezbędne do zapewnienia optymalnego projektu i działania systemu.

Aby zasymulować interakcje między panelami fotowoltaicznymi a działalnością rolniczą, można połączyć różne podejścia modelowe, od symulacji nasłonecznienia i analizy zacienienia po modele wydajności upraw i hydrologii gleby. Modelowanie staje się jednak bardziej skomplikowane, jeśli uwzględni się takie parametry, jak geografia, rodzaj upraw i lokalny klimat. Dlatego pilnie potrzebne są zintegrowane narzędzia, które potrafią elastycznie łączyć te zmienne.

Ramy wydajności i kluczowe wskaźniki wydajności
Aby wspierać spójną ocenę, w raporcie zaproponowano kompleksowe ramy oceny wydajności systemów agrivoltaicznych. Ich centralnym elementem jest kilka kluczowych wskaźników wydajności, do których należą:

• Współczynnik ekwiwalentu gruntu: mierzy łączną wydajność rolnictwa i energetyki w porównaniu z ich indywidualną wydajnością na oddzielnych gruntach.
• Wydajność specyficzna (kWh/kW): określa wydajność elektryczną w stosunku do zainstalowanej mocy systemu fotowoltaicznego.
• Wydajność wodna (WP): ocenia efektywność wykorzystania wody podczas uprawy roślin pod panelami fotowoltaicznymi.

Parametry te stanowią podstawowe narzędzia benchmarkingu, które pozwalają ocenić nie tylko podwójną wydajność agrivoltaiki, ale także jej kompromisy i synergie.

Wyzwania operacyjne i monitorowanie
Systemy agrowoltaiczne wymagają ścisłych protokołów monitorowania ze względu na wzajemną zależność między ich różnymi częściami. Na przykład zacienienie spowodowane przez panele fotowoltaiczne może wpływać na wzrost upraw, podczas gdy działalność rolnicza może zwiększać zużycie infrastruktury fotowoltaicznej. Systemy monitorowania muszą zatem jednocześnie śledzić plony rolnicze, moc elektryczną, zmienne mikroklimatu i potrzeby konserwacji systemu.

Wyzwania operacyjne obejmują również większą złożoność i ryzyko związane z konserwacją i eksploatacją, kwestie bezpieczeństwa w systemach zintegrowanych z hodowlą zwierząt gospodarskich oraz logistyczną trudność koordynacji między rolnikami a operatorami systemów energetycznych. W raporcie poparto adaptacyjne ramy monitorowania i regularną analizę danych w celu zapobiegania przeszkodom w wydajności.

Wytyczenie drogi naprzód
Agrivoltaika jest wciąż młodą branżą i stoi przed wieloma wyzwaniami, takimi jak potrzeba zintegrowanych narzędzi modelowania oraz niepewność w zakresie eksploatacji i konserwacji oraz długoterminowej wydajności. Jednak, jak jasno pokazuje raport, możliwości są ogromne. Podwójne wykorzystanie może odegrać transformacyjną rolę w osiąganiu celów klimatycznych, zachowaniu ekosystemów i wspieraniu wydajności rolnictwa w ocieplającym się świecie.

Przyszłe badania i polityka powinny koncentrować się na doprecyzowaniu definicji agrivoltaiki, opracowaniu zachęt opartych na wydajności oraz finansowaniu badań interdyscyplinarnych w celu wypełnienia luk w wiedzy. Dzięki skupieniu się na projektowaniu, monitorowaniu i współpracy agrowoltaika może przejść od eksperymentalnych projektów pilotażowych do mainstreamowych rozwiązań w dziedzinie energetyki i rolnictwa.

Wraz z rosnącą presją na wykorzystanie gruntów agrowoltaika stanowi obiecujący model, w którym panele słoneczne nie tylko pozyskują energię, ale także pomagają uprawiać ziemię, na której stoją.