Od owoców miękkich do pionowych paneli: praktyczne wdrożenia agrofotowoltaiki

Od owoców miękkich do pionowych paneli: praktyczne wdrożenia agrofotowoltaiki. Agrofotowoltaika to rozwiązanie umożliwiające równoczesne wykorzystanie tej samej powierzchni gruntów zarówno do produkcji rolnej, jak i wytwarzania energii elektrycznej z instalacji fotowoltaicznych.

W przeciwieństwie do konwencjonalnych instalacji PV, systemy AgroPV projektowane są z uwzględnieniem potrzeb agronomicznych, czyli zapewniają odpowiednie warunki świetlne i wilgotnościowe dla upraw. Ta innowacyjna technologia znajduje już zastosowanie w wielu krajach Unii Europejskiej.

Proces inwestycyjny dla instalacji agrofotowoltaicznych w Polsce raczkuje. Mamy przykłady takiej inwestycji w gospodarstwie borówkowym Piotra Milewskiego (gospodarstwo opisujemy w artykule: https://energiadlawsi.pl/pierwsza-w-polsce-instalacja-agrofotowoltaiczna-na-plantacji-borowki-nowy-kierunek-w-rolnictwie).

Jednak potrzebne są zmiany systemowe regulujące kwestie np. związane z kwalifikacją gruntów rolnych, niepewnością w zakresie prawa do dopłat bezpośrednich czy kwestie podatkowe.

Jednym z interesujących, zrealizowanych przykładów zagranicznych jest inwestycja zrealizowana w miejscowości Büren (Niemcy), przez dwóch rolników. Już w 2019 roku rozpoczęli oni budowę systemu agrofotowoltaicznego na swojej ekologicznej plantacji owoców miękkich. Kluczowym aspektem ich sukcesu było właściwe podejście do przepisów prawnych.

Instalacja została zgłoszona jako szklarnia dla upraw specjalistycznych (niemieckie prawo to umożliwia) i uzyskała zatwierdzenie jako projekt specjalny zgodnie z niemiecką ustawą o planowaniu przestrzennym (BauGB).

System wsporczy został zaprojektowany w formie szklarni typu „Venlo” i składa się z 20 dachów dwuspadowych wykonanych ze stali i profili aluminiowych. Całość jest zakotwiczona w gruncie przy pomocy wbijanych pali, a prześwit o wysokości 3,2 m oraz rozstaw 3,5 m x 4,2 m umożliwiają swobodną obsługę upraw przy użyciu standardowych maszyn rolniczych.

Kluczowym elementem są tutaj tzw. bifacjalne, czyli dwustronne moduły fotowoltaiczne o mocy 320 Wp każdy. Łącznie na instalację składa się 2 320 modułów, co daje łączną moc zainstalowaną na poziomie 740 kWp. Moduły te nie tylko generują energię elektryczną, ale również chronią rośliny przed nadmiernym nasłonecznieniem, wiatrem czy opadami. Okablowanie zostało całkowicie zintegrowane z konstrukcją dachową, co zapewnia pełną dostępność przestrzeni uprawnej.

Pod instalacją posadzono borówki, maliny i jabłonie. Rozmieszczone w redlinach tak, aby każdy dach pokrywał dokładnie jedną redlinę. Dodatkowo system nawadniania kropelkowego, wspierany przez czujniki, reguluje podlewanie w zależności od aktualnej temperatury, wiatru, nasłonecznienia i prognozowanych opadów.

Woda deszczowa, spływająca z krawędzi paneli, trafia do systemu drenarskiego, a następnie jest przygotowywana do ponownego wykorzystania.

Z wyprodukowanej energii elektrycznej około 50% zużywane jest na potrzeby własne gospodarstwa, natomiast druga połowa wprowadzana jest do sieci energetycznej. Jak wskazuje dr inż. Grzegorz Maśloch, Wiceprezes Stowarzyszenia im. prof. Żmijewskiego, pozostałe 50% energii mogłoby w polskich warunkach trafić do członków spółdzielni energetycznej, zaspokajając w ten sposób lokalne potrzeby energetyczne – nie tylko wskazanych dwóch rolników, ale reszty ich sąsiadów (spółdzielców energetycznych).

Pierwsze lata użytkowania przynoszą obiecujące rezultaty w zakresie upraw. Rolnicy zgłosili, że byli pod dużym wrażeniem wysokich plonów borówek. W przypadku truskawek, plony były nieco niższe w pierwszym roku.

Jak wskazują m.in. eksperci projektu Core Team realizowanego pod kierownictwem Krajowego Związku Grup Producentów Owoców i Warzyw, którego członkiem jest także Stowarzyszenie im. Prof. Żmijewskiego: „Niższe plony truskawek w pierwszym roku funkcjonowania takiego typu instalacji mogą być związane z adaptacją roślin do nowych warunków i nie jest to żadną anomalią”.

Przykład z Büren pokazuje, że odpowiednio zaplanowana i zrealizowana instalacja agrofotowoltaiczna może nie tylko chronić uprawy i poprawić ich jakość, ale też zwiększyć niezależność energetyczną gospodarstwa.

Warto również zauważyć, że kluczowym czynnikiem powodzenia była tutaj właściwa interpretacja przepisów i uzyskanie zgód administracyjnych. Mamy nadzieję, że prace nad regulacją w Polsce w kwestii agrofotowoltaiki ułatwią inwestycje w tym zakresie, tak aby polscy rolnicy nie musieli szukać „kreatywnych” rozwiązań.

W ostatnich latach agrofotowoltaika stała się nie tylko tematem dyskusji wśród rolników na zachodzie Europy, ale również obiektem intensywnych badań naukowych. Jednym z ciekawszych przykładów wykorzystania tej technologii do celów edukacyjnych i badawczych jest projekt zrealizowany w 2022 roku przez Wyższą Szkołę Zawodową w Dreźnie.

Jest to projekt szczegółowy analizowany przez Stowarzyszenie im. prof. Żmijewskiego, ponieważ dzięki dofinansowaniu ze strony kraju związkowego Saksonii uczelnia zbudowała pionową instalację agrofotowoltaiczną, która obecnie służy jako centrum badań nad wpływem systemów PV na środowisko i produkcję rolną, a także jako zaplecze dydaktyczne dla studentów kierunków związanych z rolnictwem, energetyką i inżynierią środowiska.

Jest to dobry przykład, który mógłby być wykorzystany przez jedną lub kilka uczelni w Polsce kształcących kadry dla naszego nowoczesnego rolnictwa.

Badania koncentrują się głównie na zrozumieniu, jak agrofotowoltaika wpływa na plony roślin, mikroklimat w obrębie instalacji, retencję wód gruntowych, parowanie oraz ochronę owadów zapylających. Szczególny nacisk położono także na rozwój i testowanie maszyn oraz technologii rolniczych dostosowanych do współpracy z pionowymi systemami fotowoltaicznymi.

W odróżnieniu od klasycznych systemów agrofotowoltaicznych z panelami dachowymi, instalacja w Dresden-Pillnitz została zaprojektowana w układzie pionowym, co pozwala na efektywniejsze wykorzystanie przestrzeni, lepszą cyrkulację powietrza i mniejsze zacienienie gruntu.

Tego typu rozwiązania są szczególnie obiecujące w kontekście rolnictwa precyzyjnego i automatyzacji pracy na polu, co wpisuje się w koncept Rolnictwa 4.0, o którym pisze na blogu Rolnictwo 4.0 – rolnictwo przyszłości dr inż. Jacek Skudlarski z SGGW oraz Stowarzyszenia im. prof. Żmijewskiego.

System zajmuje powierzchnię 4500 m² i składa się z 320 bifacjalnych modułów fotowoltaicznych wykonanych w technologii szkło-szkło, o mocy 430 Wp każdy. Łączna moc zainstalowana wynosi 134,4 kWp.

Energia produkowana przez instalację wykorzystywana jest na potrzeby lokalne – zasila autonomiczne pojazdy, maszyny i urządzenia rolnicze, a jej nadwyżki wprowadzane są do sieci energetycznej.

Zbierane dane i obserwacje z takich działań mają szansę wpłynąć na kierunki przyszłych regulacji prawnych, standardów technicznych oraz rozwiązań wspierających integrację fotowoltaiki z działalnością rolniczą w całej Europie, w tym w Polsce, koncentrując się zarówno na poprawie konkurencyjności sektora rolnego jaki i wykorzystaniu potencjału energetycznego na lokalne potrzeby rozwojowe obszarów wiejskich.

Autor:

inż. Natalia Aleksiejuk

Źródło:
Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE (www.ise.fraunhofer.de)