Agrivoltaické systémy vhodné pro podmínky ČR
Agrivoltaické systémy patří mezi nejnovější systémy. Agrivoltaika koncepčně znamená souběžné pěstování plodin a výrobu elektrické energie na jednom pozemku. Ač primární myšlenka není zcela nová, rozvoj této technologie nastal v posledních několika letech. Na rozdíl od klasických fotovoltaických elektráren, je primární pěstování plodin, produkce energie je pouze doplňková. Konstrukce v optimálním případě nepředstavuje hrozbu snížení výnosového potenciálu pozemku, v odůvodněných případech jej může i navyšovat (vhodné stínění citlivým rostlinám – zejména produkce ovoce a zeleniny. Agrivoltaický systém musí vždy minimálně zasahovat do obdělávané plochy a nesmí znehodnocovat půdu (ani například erozí dopadajících kapek z panelů). Základy pro konstrukci jsou řešeny bez betonových patek, aby nedošlo ke znehodnocení půdy a aby po konci životnosti konstrukce mohlo být pole uvedeno do původního stavu. V současné době je agrivoltaika intenzivně testována v celé řadě zemí jak v Evropě, tak i v dalších částech světa.
Agrivoltaika ale není vhodná pro všechny plodiny a všechny lokality. Rentabilita bude také záviset na možnosti lokálního využití energie a dalších faktorech. Jedním z měřítek smysluplnosti je ukazatel efektivity využití zemědělské půdy. Tato hodnota ukazuje poměr zisků z produkce kombinovaného využití půdy a odděleného využití půdy (obr. č. 1). Aby měla agrivoltaika opodstatnění je nutné, aby výsledný poměr přesáhl 100 %. Výsledky na experimentálním pozemku University v Hohenheimu v roce 2017 ukázaly celkovou účinnost využití půdy při pěstování pšenice v kombinaci s fotovoltaikou 160 %.
|
Obr. 1: Efektivita využití půdy na experimentálním pozemku v Heggelbachu |
Slabinou agrivoltaiky se jeví vysoké pořizovací náklady na vyvýšené konstrukce, a to zejména u horizontálních konstrukcí nad polními plodinami, kdy nelze využít stávajících konstrukcí tak jako u trvalých kultur. Ekonomické aspekty agrivoltaiky v současné době nejsou dostatečně zmapovány. V budoucích výzkumech by měly být analyzovány a kvantifikovány náklady a přínosy agrivoltaických systémů a celkový dopad na životní prostředí.
Z obnovitelných zdrojů energie má v podmínkách ČR (ale i SR, kde je potenciál podobný či mírně vyšší) fotovoltaika zásadní potenciál. Podle studie provedené společností EGÚ Brno je celkový technický potenciál FVE umístěných na rezidenčních i nerezidenčních budovách 23,8 GWp. Odhad potenciálu agrivoltaiky pro ČR není vypracován, ale v tomto případě můžeme srovnávat se sousedním Německem, protože intenzita slunečního záření je zde podobná. Fraunhofer Institut ve svém manuálu uvádí, že pouze kolem 4 % orné půdy v režimu s agrivoltaikou je zapotřebí k pokrytí současné celkové spotřeby elektřiny v Německu (cca 500 GWp instalovaného výkonu). Podle jejich předběžných odhadů je technický potenciál agrivoltaiky v Německu kolem 1700 GWp. V ČR odpovídají zmíněná 4 % ploše oseté řepkou pro energetické účely. Z hlediska výnosu energie i potravin se tedy zdá agrivoltaika mnohem efektivnější než pouhé pěstování energetických plodin.
Typy agrivoltaických systémů
Agrivoltaických systémů existují z hlediska konstrukce v zásadě dva typy – horizontální a vertikální.
Horizontální fotovoltaické panely jsou umístěny na zvýšené konstrukci nad povrchem půdy tak, aby se pod ní mohla pohybovat pracovní síla i zemědělská technika. Světlá výška konstrukce běžně bývá 3,5 až 5 metrů. Záleží na výšce používané techniky a pěstovaných plodin. Například u chmele je výška konstrukce i přes 8 metrů. Plocha fotovoltaických panelů je orientována na jih, nebo se používají jednoosé „trackovací“ fotovoltaické systémy, které kopírují pohyb Slunce a maximalizují tak výnos energie během dne. Konstrukce zabere cca 2 % plochy pozemku. Dále jsou testovány panely s různým poměrem FV článků a skla nebo polopropustné panely.
|
Obr. 2: Horizontální agrivoltaický systém |
Druhou možností jsou vertikální konstrukce. V tomto případě jsou panely umístěny svisle směrem k povrchu půdy v nosné konstrukci. Slabinou je obtížné obhospodařování plochy přímo pod panely do vzdálenosti cca 0,5 m ochranného pruhu z každé strany, vzhledem k nutnosti minimalizovat možnost poškození panelů při pojezdech zemědělské techniky. Vzdálenost mezi jednotlivými liniemi panelů může být různá. Zde se logicky vyskytuje otázka záběru používané techniky a jeho násobků. Linii vertikálního fotovoltaického systému lze využít i jako plot – toto řešení může být použito i např. okolo sadů či vinic.
Vertikální konstrukce jsou osazeny bifaciálními (oboustrannými) fotovoltaickými panely. Plocha těchto panelů je orientována směrem východ - západ. Podle dostupných matematických modelů má vertikální bifaciální fotovoltaický systém orientovaný směrem východ - západ umístěný nad 50° severní šířky větší výkon než konvenční fotovoltaický systém orientovaný k jihu. Navíc je křivka vyráběné energie rozložena rovnoměrněji, s dvěma vrcholy při východu a při západu slunce. Takové rozložení lépe odpovídá spotřebě energie během dne.
|
Obr. 3: Vertikální bifaciální agrivoltaický systém |
Linie vertikálního agrivoltaického systému nabízí možnost rozčlenění lánů polí na menší celky a tím suplovat některé eko-servisní služby mezí, aniž by byla ohrožena ekonomika provozovatele. Tyto linie by mohly mít podobný pozitivní efekt jako meze, tedy ochranu proti vodní a větrné erozi a podporu biodiversity. Linie se jeví vhodně i v kombinaci s biopásy. Zde platí, že linie může být ve středu či na jednom okrajů z důvodu střídání polohy biopásu.
Dopad agrivoltaiky na plodiny
Jakým způsobem přítomnost fotovoltaických panelů ovlivní pěstované rostliny je předmětem intenzivního výzkumu. Zde je třeba říci, že dlouhodobé dopady nejsou dosud globálně popsány a výzkum bude trvat ještě poměrně dlouhou dobu. Přesto existují určité zjednodušující postupy. Efektivitu agrivoltaického systému lze stanovit na základě tzv. efektivity využití půdy, LER (z angl. land equivalent ratio). Tato hodnota ukazuje účinnost kombinovaného využití půdy, tedy výnosu plodin a energie, v poměru k využití stejné plochy půdy pouze plodinou. Pokles výnosu následkem snížení plochy pro plodinu, respektive snížení produkce vlivem přítomnosti solárních panelů, tak v ideálním případě bude bohatě vykompenzován ziskem z fotovoltaiky. Většina dostupných údajů pochází z experimentálních nebo poloprovozních situací využívajících horizontální fotovoltaické panely, data pro vertikální systémy jsou méně zastoupené.
Pozitivní efekt agrivoltaiky tak bude nejspíše souviset s klimatem, a bude přínosnější zejména v sušších a slunnějších oblastech. Potenciálně nejvýhodnější se jeví zejména u druhů plodin tolerujících zastínění, jako je listová zelenina, pícniny, bobulovité, jádrovité a peckovité ovoce, měkké ovoce, či speciální plodiny, jako jsou česnek, chřest a chmel.
K případnému poklesu výnosu úbytkem světla je také potřeba připočítat i pás nevyužité plochy mezi jednotlivými podporami konstrukce. Tento pás je komplikované obdělávat většími stroji a často se nechává ležet ladem. Celkově by úbytek využitelné půdy k pěstování plodin neměl překročit 10 %. Díky moderním systémům precizního zemědělství lze toto číslo výrazně snížit.
Závěr
Agrivoltaické systémy jsou jednou ze zajímavých a perspektivních technologií současně se proměňujícího se zemědělství. V podmínkách ČR, ale i SR určitě existuje vhodný segment pro potenciální využití této technologie. Další nezbytnou součástí je i současné hledání řešení maximálního využití získané energie přímo pro zemědělství samotné. Význam agrivoltaiky tak bude nepochybně stoupat spolu se zaváděním nových technologií, jako jsou polní roboty, autonomní stroje a obecně technika s alternativním pohonem. Tím se zemědělství paradoxně vrátí jako energeticky autonomní obor.
Dedikace:
Článek vznikl v rámci podpory NAZV, projektu QL24020111 „Agrovoltaika dvojí využití půdy k zemědělské výrobě a výrobě elektřiny“.
