Агриволтаичните ферми са новото голямо предизвикателство по света

Радина Калдамукова е автор на отворената платформа за знание Климатека, която има за цел да направи науката за климата достъпна за всички. В нея опитни и млади новатори специалисти се стараят да ни запознават с това какво ново става във всеки един момент по света и какви са шансовете на подобни новости у нас.

Наскоро специалистката ни предостави разработката си за потенциала на една технология, която от десетилетия набира скорост, и макар да не се смята за чак толкова нова, за нас все още е.

Става дума за агриволтаиците, за които е доказано, че подобряват ефективността на използване на земеделската земя и са много удачна формула, която съчетава фотоволтаичните системи със земеделието. Ползата отдавна е доказана в много държави в животновъдството, пчеларството и при отглеждането на едногодишни култури.

Интересно е да надникнем в чуждия опит, до който още не сме се докоснали, но той би могъл да стане дори изход и доход за нашите фермери и да ги накара да инвестират и сами да произвеждат електроенергията си. А това ще ги направи в голяма степен независими.

Както знаем, соларните PV технологии днес вече са от ключово значение и за прехода към нисковъглеродна енергийна система. Ние ги имаме от години на изолирани терени предимно с индустриална цел и засега те са една промишлена стъклена покривка в отделни малки микрорайони на страната, която често предизвиква раздразнение и завист, че виждаш ли,, там някой произвежда и продава ток и много печели.

В напредналите държави обаче отдавна е загърбен страхът, че изграждането на фотоволтаични системи е вид заплаха, а напротив. Напредват и фотоволтаичните ферми , те не създават напрежение и съперничество между собствениците им и земеделците, а обратното – два отрасъла вече имат ефект от една и съща земя.

Как новата стратегия, известна като агриволтаика, елиминира този конфликт и комбинира производството на слънчева електроенергия със селскостопанска дейност на едно и също място?

Немалко проучвания и данни подчертават потенциала на агриволтаиците – APV, за повишаване на ефективността от използване на земята, за производство на регионална храна, за подкрепа за местните икономики.

Опитът показва, че комбинирането на фотоволтаици с обработваеми земи, пасища или местообитания на пчели и други опрашващи насекоми може да допринесе за постигането на целите за възобновяема енергия и чиста храна.

Стартът е поставен още през 80-те години на ХХ век

Концепцията за двойна употреба е замислена от Адолф Гьотцбергер и Армин Застров в Института Fraunhofer (Германия) през 1981 г. Немските физици предлагат фотоволтаична конструкция да се издигне на височина от около 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 се позволява движението на механизирана селскостопанска техника.

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

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

В Япония първоначално концепцията е разработена от Акира Нагашима през 2004 г. Той е пенсиониран инженер, който по-късно специално е записал да изучава и биология. Знаейки, че не е необходимо твърде много слънце за повечето култури, той стига до идеята да комбинира фотоволтаични системи с някои от тях.

Японецът стига до извода, че скоростта на фотосинтезата се увеличава успоредно с увеличаване на нивото на осветеност, но това става до един определен момент и после спира. На база на изводите си, Нагашима изработва и патентова специална структура, която прилича много на пергола в градина. Създадените от него конструкции са направени от тръби и редове фотоволтаични панели без бетонни основи, които са подредени през определени интервали, за да позволят достатъчно слънчева светлина да достигне до земната повърхност и същевременно да може да се използва селскостопанска техника. Вследствие на многобройни тестове, проведени в неговите смесени системи в префектура Чиба, той препоръчва около 32% засенчване, за да се постигне оптимално развитие на културите.

Агриволтаиците повишават и добивите

Това посочва проучване на Barron–Gaffordи колеги, публикувано в сп. Nature през 2019 г. В него се прави сравнение на добивите от селскостопанска продукция, количеството произведена енергия и изхразходваната за напояване вода в агриволтаична система и успоредно с това в традиционна селскостопанска система в щата Аризона, САЩ.

При изследваните зеленчуци (домати и люти чушки) реколтата от агриволтаичната система е била двойна в сравнение с традиционната. Поради охлаждащия ефект от растителната транспирация на културите върху слънчевите панели, е наблюдавано и леко покачване в производството на електроенергия.

Доказва се още, че агриволтаичната система генерира общо с 1% повече електроенергия за година и с 3% 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 повишени като ефект – и двете с 65%. Намален е стресът на растенията от топлина и суша.

Един актуален проект, който изучава системите с двойна употреба, е и този на Clean Energy Extension от Университета на Масачузетс, САЩ. От десетилетие там проучват как се развиват растениевъдството и животновъдството под слънчеви панели. Екипът проследява поведението на пасищните животни и събира данни за ползата на фермерите и околната среда, наблюдавайки заблатени парцели с червени боровинки или традиционни зеленчуци като тикви и подобни. Проучванията показват, че някои култури, като марули 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, са показали снижен добив. Експертите са на мнение, че сметката за електроенергия излиза винаги. А сборът от ползите, дори при снижен добив от някои култури, е по-голям в сравнение с това, което би се получило само от земеделие на същата площ.

Япония вече има списък на 120 агриволтаични култури

Там са инсталирани най-много агриволтаични системи и държавата е идентифицирала цял списък с най-важните агриволтаични култури, подходящи за японския климат и земеделски условия.

Списъкът съдържа повече от 120 култури, препоръчани на фермерите, които могат се отглеждат успешно в агриволтаични ферми в цялата страна. Японската мрежа за соларно споделяне (Japanese Solar Sharing Network) днес предоставя освен списъка, и съвети за отглеждане въз основа на точката на насищане на осветеността на дадена култура.

Някои автори там и в други държави вече предлагат да се направи обща класификация на база три категории: плюс – за по-високи добиви; нула – за непоказано влияние; минус – за снижени добиви. Това ще е от полза за земеделските производители. Настоява се и за общ консенсус относно стандартизирана система, която да позволява да се сравнява как се изменя продуктивността на културите при полеви условия. За да се постигне обща референтна рамка обаче, ще е необходимо да се установят дадени индикатори и прагове за ефекта, върху което също се работи.

В този смисъл фермерите, които са експерти или желаят да изследват на свой терен, също могат да направят опити и проби, подканват ги ексеприте. Например, на базата на такива проекти фермери от Германия съобщават, че дори са готови да понесат загуба на реколта до 20%, но да направят общи системи.

На този фон

инсталираният капацитет на агриволтаици в света продължава да нараства

От 2014 г. насам 2200 системи са инсталирани по целия свят.В Япония агриволтаични ферми вече са над 1992 на брой и те произвеждат около 0,8% от общата фотоволтаична енергия на държавата през 2019 г., което води до общ капацитет от около 2,8 GWp към януари 2020 г.

През 2018 г. френската Sun’agriизгради първото агриволтаично поле в района на Източните Пиренеи, с мощност от 2,2 MWp, инсталирано върху 4,5 ха лозя. Днес компанията се фокусира върху разработването на широкомащабни демонстрационни системи на агриволтаична технология и в овощни градини, защото вижда ефект.

В рад Баберих, Холандия, компанията BayWaе 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 е осигурена по-добра вентилация и е намалено използването на пестициди.

Но някои проекти вече са достигнали и пълна пазарна зрялост. Agrinergie® е името на системите, създадени от групата AkouEnergyза комбиниране на енергия от фотоволтаици и земеделие.

Първият проект с такава концепция е инсталиран на френския тропически остров Реюнион. Модулите са умишлено раздалечени, за да се отглежда лимонена трева между тях, а топографията им се слива хармонично с пейзажа.

Немската Next2Sun усилено изгражда 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 от 22 kWp за отглеждане на картофи, на сено, за силаж и др. Там двулицевите панели са в по-ниска конструкция, което означава по-ниски разходи за монтаж и поддръжка.

Фотоволтаични оранжерии

Soliculture е компания в Калифорния, която комерсиализира иновативни полупрозрачни соларни панели, които са съставени от тънки силициеви фотоволтаични (PV) ленти, подредени върху стъклен панел. Така подобрява качеството на светлината чрез преобразуване на зелената в червена. Оптимизираният светлинен спектър подобрява производството на енергия и улеснява развитието на културите, пропускайки максимално слънчевата светлина. При множество проведени опити под този вид панели се доказват повишени добиви, по-бързо узряване на културите и по-голяма устойчивост на болести.

Двойното използване на площите включва и соларна паша

Тя се оказва полезна за овцевъдите и освен това е успешенметод за контрол на растителността под фотоволтаичните панели, където е трудно да се коси механично.

Соларните компании вече сключват договори с местни овцевъди за паша през пролетта, като за животновъдите това се оказва възможност за допълнителен доход, тъй като соларните компании често им осигуряват достъп до ресурси като вода и електричество. 

Добре проектирана ограда около соларния обект е една от важните предпоставки стадата да не бягат и същевременно ги предпазва от хищници. Слънчевите панели осигуряват подслон при дъжд, вятър и силно слънце през горещите дни.

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

Фотоволтаици, овце и пчелни кошери има в Онтарио, Канада.

Как е в България…

Нашите земеделци и животновъди, които искат да инвестират в изграждането на агриволтаични системи, могат да кандидатстват по по Програмата за развитие на селските райони.

Не можем още да се похвалим с мащабни проекти за двойно използване на земята, но в страната все пак имаме фирми, които работят над десет години.

Някои от проектите на фирма Соларити БГ са инсталирани в селскостопански райони като Санданско-Петричко, Кресна, Костинброд, Брезник, Чупрене, Съединение, Петрово, Струмяни, Режанци и други. Изградени са над 100 енергийни обекта с обща инсталирана мощност над 9 MW в България.

От фирма Nencom пък изграждат собствени соларни централи за съжителство с овце и крави. 

Собствениците на нов краварник, близо до село Калчево в Ямболска област, се обръщат към фирмата за генериране на електричество за 60 дойни крави. Инсталират се 32 фотоволтаични модула Risen по 330 вата, батерии, контролери и инвертори. Към настоящия момент краварникът и фермерите са снабдени с електричество денонощно, а разходът им на гориво е спаднал значително, благодарение на това, че са зарязали дизеловите си генератори.

И други проекти в реални родни условия демонстрират потенциала на агриволтаичната технология за по-масово навлизане и вече получават все по-широко одобрение от индустрията и земеделците. Те са един вид Bg прощъпалник.

А в света индустриалци, фермери и правителства все по-бързо чертаят подобни планове, особено на фона на днешните застъпващи се кризи… Очаква се в близко бъдеще рязко увеличаване на броя на инсталациите и капацитета им. Тогава ще могат и заедно със стопаните да кандидатстват за едни и същи проекти.