Agrofotovoltaika nabízí možnost vyrábět na zemědělské půdě současně potravinovou i solární energii. Plovoucí elektrárny, neboli plovoucí fotovoltaické (PV) systémy, také umožňují expanzi obnovitelné energie bez zabírání půdy. Výhody dvojího použití budou demonstrovány na veletrhu EnergyDecentral 2022, který nabízí inovační platformu pro energetickou transformaci, souběžně s EuroTier, předním evropským veletrhem pro chovatele hospodářských zvířat, v německém Hannoveru od 15. do 18. listopadu.
Expanze obnovitelných zdrojů energie bude podpořena výrazně větším počtem solárních zařízení na orné půdě. Agrofotovoltaika je název tohoto přístupu, který slaďuje výrobu solární energie a zemědělství a který hodlá německá vláda v budoucnu více stimulovat prostřednictvím zákona o obnovitelných zdrojích energie (EEG). Kapacita nabídek původně předpokládaná pro tento účel byla ztrojnásobena z 50 megawattů na 150 megawattů a pokrytá plocha byla rozšířena o víceleté plodiny a trvalé kultury, včetně ploch pro pěstování ovoce.
Zemědělství a výroba energie v harmonii
Potenciál technologie je velký. Pokud by asi čtyři procenta zemědělské půdy v Německu byla vybavena zvýšenými solárními moduly, mohlo by se vyrobit až 500 terawatthodin elektřiny, což je zhruba ekvivalent současné poptávky po elektřině v zemi. K tomuto závěru dospěl Fraunhoferův institut pro solární energetické systémy ISE ve svých nejnovějších výpočtech. Náklady na výrobu elektřiny, šest až 11 centů za kilowatthodinu, jsou také úctyhodné.
“Agrofotovoltaika je rozhodně konkurenceschopná s ostatními technologiemi výroby energie a již dávno není mezerou na trhu,“ potvrzuje Marcus Vagt, projektový manažer EnergyDecentral.
Klíčovým hnacím motorem této technologie je podle Vagta vyhýbání se konfliktům při využívání půdy a rozšiřování výroby elektřiny. U konvenčních nástěnných fotovoltaických systémů je oblast využívána buď pro solární elektrárny,nebo pro zemědělství, zatímco agrofotovoltaika kombinuje obojí.
„Kromě toho existují další vylepšení účinnosti, jako jsou inovace v oblasti digitalizace, konfigurace systému, prediktivní údržby a monitorování. Tyto faktory zajišťují, že zájem o technologii roste téměř ve všech regionech světa,“ říká Vagt.
Jeden povrch, dvě použití
Zkoušky provedené University of Hohenheim a Fraunhofer ISE, které byly dokončeny v roce 2021, ukazují, že tento koncept funguje. V oblasti poblíž Bodamského jezera výzkumníci zkoumali účinky agro-PV systému na brambory, celer, jetel a pšenici. Výsledkem bylo průměrné využití půdy na 160 procent. Namísto pole pšenice a pole solární energie, z nichž každá se vyrábí na dvou samostatných plochách, dosáhl agro-PV přístup přibližně 80 procent pšenice a 80 procent solární energie, když se vyrábí na stejném poli. V teplých a suchých létech podporuje růst rostlin také stín způsobený FVE. V důsledku toho vzrostl výnos pšenice v roce 2018 na zkušebním poli o 3 %, zatímco výnos brambor vzrostl o 11 %.
Studie otevřela otázku, které rostliny lze použít k využití potenciálu Agri-PV, což je výzva pro měnící se střídání plodin.
„Musíme prozkoumat, jak rostliny ovlivňují biologickou rozmanitost na polích a jaká opatření, pokud vůbec nějaká, je třeba přijmout,“říká Lisa Pataczeková, výzkumná pracovnice Centra pro organické zemědělství na univerzitě v Hohenheimu.
Pataczeková chce prozkoumat, jak lze rostliny nejlépe ekonomicky a ekologicky využít.
Prof. Dr. Andreas Schweiger, vedoucí Institutu krajinné a rostlinné ekologie na Univerzitě v Hohenheimu, vítá nedávno oznámenou solární kampaň německé vlády jako důležitý krok tímto směrem. Ideální je podle něj kombinace terénního výzkumu a modelových projektů.
Takové živé laboratoře by byly ideální pro testování podmínek na různých místech v Německu. Z výsledků by bylo možné odvodit doporučení pro program diferencovaného financování, aby se systémy co nejlépe převedly do praxe – cíl, který si vystavovatelé na EnergyDecentral 2022 také vytyčili.
Nové moduly poskytují vyšší výnos
Na veletrhu v německém Hannoveru bude řada vystavujících společností prezentovat komplexní projektová řešení včetně návrhu, vývoje projektu a výstavby na klíč. Mezi nejnovější inovace patří bifaciální solární moduly sklo-sklo, které lze postavit vertikálně jako plot. Na rozdíl od monofaciálních buněk, které generují elektřinu pouze když fotony dopadnou na jejich přední plochu, zachycují světlo na přední i zadní ploše. V závislosti na půdě je za německých povětrnostních podmínek dosažitelný dodatečný výnos až 15 %. Potřebné množství pozemků je výrazně nižší a orientace východ-západ umožňuje optimalizaci výroby elektřiny v ranních a večerních hodinách. Díky patřičně velkým vzdálenostem lze plochy mezi řadami modulů využít jako pastviny nebo pro pěstování ovoce. Další možností v portfoliu dodavatelů je elevace „solárních oblouků“ ve středních či větších výškách. Solární elektrárny pak slouží jako přístřešek a chrání rostliny – jako fóliový tunel chránící lesní plantáž. Lze si představit výšky až šesti metrů, které umožňují obhospodařování orné půdy a použití potřebné zemědělské techniky.
Klimaticky neutrální sad
Osm odrůd jablek bude použito ke zkoumání, do jaké míry mohou agro-PV systémy chránit rostliny a ovoce před škodlivými vlivy prostředí, jako jsou krupobití, silný déšť, spálení sluncem, mráz nebo extrémní teploty. Kromě toho bude testován rozsah, v jakém má různé řízení světla prostřednictvím různých konfigurací modulů dopad na růst rostlin a zemědělské výnosy. Budou použity jak pevné, průsvitné FV moduly, tak pásové FV moduly, které jsou v případě potřeby propustné pro déšť. Vyrobenou elektřinu lze využít před a po produkci jablek, například pro napájení zavlažovacího systému, čímž se výrazně sníží emise CO2 na farmě.
Sluneční soustavy se učí plout
Floating PV je další technologií, která v Německu získává pozornost. Zahrnuje fotovoltaické systémy, které lze instalovat na jezerech nebo v budoucnu v mořských oblastech – na moři nebo poblíž pobřeží. Zatímco instalované kapacity v řádu dvouciferných megawattů již lze nalézt v Asii, systémy v této zemi jsou omezeny na maximálních 750 kilowattů kvůli překážkám ve financování – limit, který se podle EEG zvýší na jeden megawatt v roce 2023. V Německu jsou hlavními kandidáty záplavové oblasti, z nichž kolem 500 vzniklo jen povrchovou těžbou hnědého uhlí. Ty mají podle studie společnosti Fraunhofer ISE z čistě technického hlediska využitelný potenciál v rozmezí středních dvouciferných gigawattů – plovoucí FV systémy tak otevírají nové perspektivy pro bývalá centra těžby hnědého uhlí.
Moduly jsou namontovány na plovácích, které jsou podle řešení ukotveny ke břehu nebo ke dnu jezera. „Vodní tělesa kladou zvláštní požadavky na design, materiál, ekologickou kompatibilitu a provozní řízení plovoucích FV elektráren,“ vysvětluje Stefan Wieland, vedoucí výzkumného projektu PV2Float ve Fraunhofer ISE. Náklady na výrobu elektřiny u takových elektráren jsou stále v průměru o 10 až 15 % vyšší než u běžných pozemních FV elektráren. Cílem projektu je proto další rozvoj plovoucích fotovoltaických systémů s ohledem na snížení nákladů a integraci do územního plánování.
Technologie pro úspěch přechodu na jinou energii
Kde přesně jsou nové trhy a obchodní modely pro zemědělskou a plovoucí fotovoltaiku? Jak se mohou zapojit zemědělci, vlastníci nábřeží a obce? A jak mohou digitální technologie optimalizovat návrh, provoz a údržbu? Odpovědi na tyto otázky přinese EnergyDecentral 2022, která pokryje celé spektrum obnovitelných energií ve čtyřech dnech od 15. do 18. listopadu v německém Hannoveru. Technický program veletrhu s prezentacemi a workshopy zároveň zve návštěvníky k výměně zkušeností se zástupci průmyslu za účelem dalšího pokroku v technologických inovacích a politických rámcových podmínkách.*
DLG-Mediaservice
