Czy możliwa jest synergia sadownictwa z produkcją energii elektrycznej?

Zapraszamy na Kongres Podmiotowej Gospodarki Czy możliwa jest synergia sadownictwa z produkcją energii elektrycznej? Czy w przypadku upraw, takich jak jabłka czy gruszki, panele słoneczne mogą pełnić rolę wspomagającej infrastruktury ochronnej dającej dodatkową korzyść z produkcji energii elektrycznej na własne potrzeby?

Tak – wskazuje m.in. dr inż. Jacek Skudlarski (SGGW). „Półprzezroczyste moduły montowane na specjalnych, wysokich konstrukcjach (około 3 metrów wysokości, aby umożliwić pracę maszyn rolniczych) rzucają cień, co bezpośrednio chroni owoce przed poparzeniami słonecznymi”.

Takie konstrukcje mogą doskonale zastępować siatki antygradowe, chroniąc sady przed gradem, wiatrem i właśnie nadmiernym nasłonecznieniem, korzystając jednocześnie ze słońca w celach energetycznych.

Agrofotowoltaika, bo o takim rozwiązaniu tutaj piszemy, jest innowacyjnym podejściem, które integruje produkcję energii elektrycznej (fotowoltaika) z uprawami rolnymi.

Konstrukcje agrofotowoltaiczne w Europie już stanowią fizyczną barierę, chroniąc plony przed mechanicznymi uszkodzeniami spowodowanymi przez grad i ulewne deszcze. Ograniczenie ryzyka uszkodzeń plonów bezpośrednio przekłada się na stabilność i jakość zbiorów.

Jedną z najbardziej znaczących, choć często niedocenianych, korzyści płynących
z zastosowania agrofotowoltaiki w sadownictwie jest optymalizacja gospodarki wodnej. Cień rzucany przez moduły fotowoltaiczne znacząco zmniejsza bezpośrednie nasłonecznienie gleby i parowanie wody w okresie letnim.

Według obserwacji Centrum Badań, Rozwoju i Edukacji Rolniczej Colorado State University, gleba pod instalacjami agrofotowoltaicznymi pozostaje wilgotniejsza i ma bardziej luźną strukturę, co jest korzystne dla rozwoju korzeni i wchłaniania składników odżywczych. Poprawa retencji wody w glebie przekłada się na mniejsze zapotrzebowanie na nawadnianie.

To z kolei prowadzi do wymiernych oszczędności finansowych, związanych z mniejszym zużyciem energii elektrycznej przez pompy do nawadniania, oraz oszczędności ekologicznych, dzięki redukcji zużycia wody. Zjawisko to pokazuje, że agrofotowoltaika nie tylko wytwarza energię, ale również pełni funkcję narzędzia agrotechnicznego, poprawiającego odporność upraw na suszę i stres cieplny.

Moc instalacji agrofotowoltaicznej powinna zostać dobrana w oparciu o szacunkowe roczne zapotrzebowanie energetyczne. Produkcja energii z instalacji fotowoltaicznej jest ściśle skorelowana z nasłonecznieniem i ma wyraźny profil sezonowy i dobowy.

Najwyższa produkcja przypada na miesiące letnie (od maja do sierpnia), z kulminacją w czerwcu i lipcu, podczas gdy w miesiącach zimowych (od listopada do lutego) produkcja jest znacznie niższa. Dobowy profil produkcji charakteryzuje się generacją energii od wschodu do zachodu słońca, z pikiem w godzinach południowych. To tworzy fundamentalne niedopasowanie między profilem produkcji a profilem zużycia.

Najwyższe zużycie w gospodarstwie sadowniczym ma miejsce w okresie zbiorów i przechowywania (sierpień-listopad), kiedy produkcja PV już zaczyna spadać. Co więcej, chłodnie wymagają stałego zasilania również w nocy, kiedy produkcja z paneli jest zerowa. To właśnie te dysproporcje uzasadniają konieczność wdrożenia magazynu energii.

Magazyn energii pełni w gospodarstwie sadowniczym kilka kluczowych ról, wykraczających poza samo przechowywanie nadwyżek. Magazynowanie nadmiaru energii wytworzonej w ciągu dnia pozwala na jej wykorzystanie w nocy lub w okresach braku słońca, co znacząco zwiększa autokonsumpcję. Ponadto, magazyn energii działa jako strategiczny bufor energetyczny, zwiększający bezpieczeństwo operacyjne gospodarstwa. Główne funkcje magazynu to:

Przesunięcie obciążenia, gdzie magazyn ładuje się energią z agrofotowoltaiki w ciągu dnia, a następnie dostarcza ją do kluczowych urządzeń, takich jak chłodnie, w godzinach nocnych, kiedy produkcja PV jest zerowa, a energia z sieci jest potencjalnie droższa.
Wygładzanie obciążeń szczytowych – wiele urządzeń w gospodarstwie, jak np. sortownice, wymaga dużych mocy w krótkim czasie. Magazyn może zasilać te obciążenia, co pozwala na ograniczenie obciążeń szczytowych pobieranych z sieci, co z kolei może przełożyć się na niższe opłaty za moc umowną.
W przypadku awarii sieci energetycznej, magazyn zapewnia ciągłość pracy krytycznych systemów (np. chłodni, pomp), chroniąc produkcję przed stratami.

Moc magazynu powinna być wystarczająca do obsłużenia obciążeń szczytowych. Na podstawie szacunkowego profilu zużycia, optymalna pojemność magazynu powinna być w stanie zasilić kluczowe urządzenia w ciągu nocy.

Jeśli chłodnia wymaga średnio 5 kW przez 12 godzin, minimalna wymagana pojemność to 60 kWh. W celu uwzględnienia marginesu bezpieczeństwa i innych obciążeń, zalecana pojemność dla takiego gospodarstwa sadowniczego to 60-120 kWh.

W typowy, słoneczny dzień produkcja z agrofotowoltaiki gwałtownie wzrasta w godzinach porannych, osiągając szczyt w południe. Energia ta jest natychmiast zużywana przez bieżące obciążenia, takie jak pompy nawadniające czy sortownice. Nadwyżki produkcyjne, które wcześniej byłyby oddawane do sieci, są magazynowane.

W godzinach wieczornych i nocnych, gdy produkcja PV spada do zera, chłodnie są zasilane energią zmagazynowaną w ciągu dnia. Taki mechanizm pozwala znacząco zmniejszyć pobór energii z sieci w godzinach szczytu zapotrzebowania i w nocy (w miesiącach, w których bilans energii jest dodatni) co bezpośrednio przekłada się na oszczędności i zwiększenie niezależności energetycznej gospodarstwa sadowniczego.

Jak podkreśla Rafał Czaja – Prezes Stowarzyszenie im. Prof. Żmijewskiego – „Mamy nadzieję, że kierunek synergii rolnictwa i energetyki zostanie dostrzeżony również przez polski rząd, który poprzez odpowiednie regulacje może aktywnie kształtować zmiany na polskiej wsi.

Dodatkowo dedykowane programy pilotażowe dla gospodarstw rolnych będą sprzyjały tej synergii i lokalnemu wykorzystaniu energii odnawialnej na potrzeby własne, tzw. maksymalizacja autokonsumpcji energii”.

Autor tekstu: inż. Natalia Aleksiejuk