Martin Sedlák | 5. 1. 2021

Podané ruce mezi zemědělstvím a solární energetikou: agrivoltaika

Ještě před pár lety vypadala myšlenka spojení fotovoltaiky a zemědělství jako z říše snů. Ovšem jen z Česka. V jiných státech se technologie umožňují spojení zemědělské produkce i výroby čisté energie testuje a provozuje již několik let.

Solární energie je trendy a hledají se cesty pro její masivní využití. Uplynulé roky pak potvrdily nástup takzvané agrivoltaiky. Projekty, které spojují zemědělství s výrobou čisté energie pomocí slunce, vznikají u malých komunitních projektů i velké instalace s tisícovkami panelů.

Dost slunce pro zemědělce i panely

Loni publikovala evropská fotovoltaická asociace SolarPower Europe studii, podle které by pouhé jedno procento evropské zemědělské půdy využité pro agrivoltaiku přineslo technický potenciál 700 gigawattů. Takzvané agrivoltaické systémy využívají poloprůsvitné fotovoltaické panely pod nimiž mohou dál růst zemědělské plodiny. Výzkumy realizované například v Německu ukazují, že solární elektrárny a zemědělství mohou najít vzájemné benefity: panely přistiňují plodiny a pomáhají tak zachovat výnosy, které jsou ohroženy suchem a rostoucími teplotami v důsledku klimatické změny. Naopak plodiny pod panely přispívají k lepšímu mikroklimatu, ochlazují vzduch v okolí panelů, které se tak nepřehřívají. Agrivoltaické systémy jsou schopné zadržovat vlhkost uvolňovanou plodinami, čímž snižují spotřebu vody. Vlhkost vzduchu ochlazuje solární panely, což pomáhá panelům dosáhnout lepšího výkonu.

Víno i čistá energie

Cestu, která má propojit zemědělství a fotovoltaiku, hledá již pomalu 20 let Francie. První projekty agrivoltaiky zde začaly vznikat krátce po roce 2000. Mezi společnosti, které se postily do výstavby fotovoltaiky při zachování zemědělské produkce patří Sun'Agri. Fotovoltaické panely v projektech Sun'Agri částečně zastiňují vinou révu. "Vinice patří mezi plodiny, které jsou nejvíce ovlivněny dopady změny klimatu. Dává proto smysl, že se soustředíme právě na vývoj řešení v této oblasti," uvádí k motivacím společnost Sun'Agri. Dává to logiku, neboť Francie je jedním z předních producentů vína na světě. Takže zajištění kvalitní produkce hroznů bez dopadů změn klimatu má zde obrovský potenciál.

Sun'Agri disponuje například pilotním projektem ve vinařské oblasti v Piolenci. Projekt také využívá algoritmus umělé inteligence (AI), který dokáže určit ideální sklon panelů v závislosti na povětrnostních podmínkách k ochraně plodin. V květnu 2020 prezentovala společnost Sun'Agri dílčí výstupy, které vypadají více než slibně: potřeba závlahy klesla u vinici zastíněných solárními panely o 12-34 %. Došlo také ke zlepšení aromatického profilu hroznů: získaly o 13 % více antokyanů (červených pigmentů) a o 9-14 % více kyselosti.

Dynamický solární systém zastiňující část vinice v Piolenc
SunAgri

Další projekt k ověření přínosů agrivoltaiky má Sun'Agri v oblasti Durance, v srdci hlavní produkční oblasti jablek a hrušek ve Francii. Dynamický solární systém nad jabloněmi zatím přinesl výsledek snížení teplot o 2-4 °C a snížení hladiny "vodního stresu". Do budoucna chce Sun'Agri rozvíjet agrivoltaiku také na sklenících či v symbióze s plodinami na orné půdě.

Francie začala jako jeden z prvních států podporovat agrivoltaiku také v rámci aukcí, ve kterých soutěží zájemci o výstavbu nových projektů o podporu. Ti s nejvýhodnější nabídkou získají zvýhodněné výkupní ceny za dodanou čistou energii do sítě. V roce 2020 například uspělo v květnu sedm agrivoltaických projektů s celkovým výkonem několika desítek megawattů. Díky aukcím má zájem o vstup do agrivoltaiky také ropný a plynárenský gigant Totop prostřednictvím své obnovitelné divize Total Quadran. Ta oznámila, že chce do pěti let vybudovat zařízení kombinující fotovoltaiku a zemědělství s výkonem 500 megawattů.

Solární panely nad jabloněmi
Sunagri

Německo: nad nebo vedle pole?

Dlouholeté zkušenosti s agrivoltaikou má také Německo. Nově chce posunout rozvoj tohoto řešení dál, a tak změnou zákona o obnovitelných zdrojích zavádí také aukce - tedy tržní mechanismus podpory - i pro agrivoltaiku.

Agrivoltaiku začal před lety testovat Fraunhofer institut poblíž Bodamského jezera. Experimentální instalace má celkový výkon téměř 200 kilowatt. Půda pod nimi byla využita k pokusnému pěstování pšenice, brambor, jetele a celeru. Výhoda částečného zastínění zemědělské plochy se ukázala především během horkého léta. Nejlépe se dařilo celeru, u kterého narostly výnosy až o 12 procent, u pšenice a brambor pak o 3 procenta. Spojením zemědělské produkce a solární energetiky lze pak podle vědců z Fraunhofer ISE zvýšit efektivitu využití půdy o 186 %.

Odlišné řešení nabízí společnost Next2Sun. Ta neumísťuje panely nad rostliny, ale instaluje je mezi jednotlivé plochy či řádky plodin kolmo. Právě svislé umístění může nejednoho inženýra překvapit. Přesto má své výhody: zabírá méně než 1 % celkové plochy pozemku a naprostou většinu půdy tak lze využít pro zemědělství, chov dobytka nebo rozvoj luk s divokými květinami skýtající útočiště pro stále ohroženější hmyz. "Díky využití oboustranných modulů můžeme využít také světlo odražené od země - dokonce i na stranách panelů odvrácených od slunce. To vše dohromady zajistí 10-15% vyšší účinnost v porovnání s klasickými jednostrannými panely. Navíc, nejvíce energie produkujeme ráno a večer - tedy v době zvýšené poptávky po energii, kdy je její cena na trhu vyšší. Tento efekt přidává až dalších pomyslných 10 %. Jinak řečeno - na instalovanou jednotku výkonu dokážeme více než klasické systémy. Na druhou stranu, povahou Next2Sun systému jsme na hektar země schopni instalovat méně fotovoltaických modulů. Pro porovnání - klasická jižně orientovaná sluneční elektrárna má výkon zhruba 1 megawatt na hektar. Náš Next2Sun koncept pak zhruba 0,35 megawatt na hektar," pojmenoval pro rozhovoru pro obnovitelně Daniel Kögler výhody i možná úskalí svislé agrivoltaiky.

Příklad instalace solárních panelů svisle
Next2Sun

Německá společnost BayWa re a její nizozemská dceřiná společnost GroenLeven staví pět pilotních agrivoltaických projektů v Nizozemsku. Bude se na nich testovat pět různých druhů plodin: borůvky, angrešt, maliny, jahody a ostružiny.

Další benefity solárního zemědělství

Jižní krajiny, které již nyní pociťují efekt klimatických změn jsou pro agrivoltaiku ideálním místem. Již v roce 2017 se do pilotního projektu pustilo Chorvatsko. Ve spolupráci se zemědělskou fakultou na univerzitě v Osijeku zde vznikl projekt 500 kilowattové instalace nad polem se zelenou pro testování výběru vhodných plodin.

Bohaté zkušenosti opřené o univerzitní výzkum má s agrivoltaikou také Itálie. Zde již v roce 2011 realizovala společnost RemTec v Montcelli svou první agrivoltaickou instalaci. Byly zde testovány různé druhy plodin: rýže, pšenice, kukuřice či sója. Již tato data potvrzují, že pozitivní účinky zastínění solárními panely na vývoj plodin.

O spojení solární energie a zemědělství se zajímá také Endesa, která chce ve spolupráci s městem Carmona v jihozápadním Španělsku rozvinout solární včelařství. Podle Endesy budou plodiny mezi solárními panely díky včelám skokově růst.

V září 2020 oznámil Kypr plán na vznik prvního agrivoltaického projektu na tomto ostrově. Připravuje je společnost Thalis Engineering s cílem spojit energii slunce při zachování zemědělské produkce a doplnit fotovoltaiku (s očekávaným výkonem 13 megawattů) o možnost akumulace do baterií (s kapacitou 6 magawatthodin). Pod panely se mají především pěstovat byliny.

Asijské agrivoltaické velmoci

Podstatně větší agrivoltaické instalace pak vznikají v Indii nebo Číně. Průkopníkem ve vývoji agrivoltaicky je pak Japonsko. V letech 2004 až 2017 vznikla více než tisícovka solárních instalací na zemědělských plochách při zachování produkce plodin. Největší trh pro agrární fotovoltaiku představuje Čína, kde už byly instalovány kapacity v celkové výši několika gigawattů. Jedno z největších zařízení tohoto druhu s výkonem 640 megawattů se nachází na okraji pouště Gobi na plochách bobulovin s kapkovým zavlažováním. Částečné zastínění zemědělských ploch fotovoltaikou tam má přispět i k jejich revitalizaci. Letos provozovatel parku oznámil, že výkon zvýší na 1000 megawattů. „Ekosystém se v této oblasti zlepšil a protože jde o oblast s malým počtem srážek, využíváme kapkové zavlažování,“ uvádí k projektu společnosti Huawei. Podle dat, které Huawei uvádí, solární elektrárna snížila odpařování půdní vlhkosti o 30-40 % a celkově tak park pomohl zlepšení regionálního klimatu.

Sběr plodů goji mezi řadami solárních panelů
Huawei

Inovace pro příští generaci

V oblasti agrivoltaiky nechybí ani vývoj nových řešení. Jedním z nich je švýcarský startup Insolight, který loni v červenci oznámil získání 5 milionů EUR od investorů na vybudování výrobní linky. Insolight vyvinula transparentní technologii solárních panelů, o kterých uvídí, že má účinnosti až 29 procent. V první vlně chce tímto řešením oslovit zejména majitele skleníků nebo zemědělce právě pro koncept agrivoltaiky.

Klíč k dosažení vysoké účinnosti spočívá v čočkách zabudovaných v tenké skleněné vrstvě. Ty pak umí zaměřit sluneční světlo na malé, vysoce účinné solární články umístěné v nižší vrstvě. Čočky jsou navíc pohyblivé, takže mohou sledovat pohyb slunce během celého dne. Tvůrci také uvádí, že lze tento systém namontovat na konvenční solární panely a maximalizovat výrobu energie. Testy technologie v Tecnova Foundation (středisko zemědělských technologií ve Španělsku) měly potvrdit, že, systém zvýšil biomasu plodin o 20 % vytvořením mikroklima, ochranou rostlin před extrémními povětrnostními podmínkami a modulací přímého slunečního záření.

Insoligh: inovativní řešení solárních panelů
Insolight

V Česku chybí podpora ze strany státu

„Agrivoltaika, která je dnes ve světě už běžnou praxí, u nás nemá ani legislativní ukotvení, natož státní podporu,” vysvětluje důvody pro zpoždění nástupu moderního řešení solární energetiky v Česku Martin Madej, analytik Aliance pro energetickou soběstačnost. „Problémem je zejména zákon o ochraně zemědělského půdního fondu, který kombinované využití zemědělské půdy vůbec nezná a jakoukoliv stavbu podmiňuje vyjmutím půdního bloku ze zemědělského půdního fondu,“ dodává Madej.

Na fakt, že mohou chybět prostředky na podporu rozběhu agrivoltaiky v Česku, upozornily Aliance pro energetickou soběstačnost a Solární asociace ve spolupráci se Svazem moderní energetiky v rámci připomínek k Modernizačnímu fondu. Ten sice obsahuje mezi výčtem podporovaných řešení také agrivoltaiku, ale právě absence legislativního řešení limituje zavedení těchto řešení v Česku.

Zdroje: sunagri.fr, solarplaza.com, balkangreenenergynews.com, pveurope.eu, eenewspower.com