Badania pokazują, że zboża i kukurydza gorzej znoszą częściowe zacienienie, ale warzywa liściaste, zioła czy truskawki mogą nawet zwiększać plony pod panelami.  Agrofotowoltaika otwiera nowe perspektywy dla rolnictwa w czasach kryzysu przestrzeni i energii.

Czym jest agrofotowoltaika?

W krajach o wysokiej gęstości zaludnienia i dużym udziale terenów zurbanizowanych może zmagać się w kolejnych latach z rosnącym problemem braku dostępnych gruntów pod inwestycje w zielone technologie – farmy wiatrowe czy słoneczne. Z tego powodu pojawia się coraz więcej koncepcji pozwalających na kreatywne wykorzystanie przestrzeni pod nowe moce. Często przytacza się możliwość rewitalizacji terenów postkopalnych pod ten cel, co sprawiłoby, że cenniejsze tereny pozostałyby nietknięte. Inna koncepcja zakłada integrację rolnictwa i energetyki, co jednak w ostatnich latach wywoływało protesty rolników.   

Odpowiedzią na obawy rolników stały się badania zespołu z Technische Hochschule Ingolstadt w Niemczech, którzy opracowali naukowy model wspomagający podejmowanie decyzji o odpowiednim doborze roślin do integracji z farmami fotowoltaicznymi. Agrofotowoltaika, czyli jednoczesne wykorzystanie tych samych gruntów do wytwarzania energii i produkcji rolnej, to jedna z najbardziej obiecujących technologii w rozwoju energetyki słonecznej. Przewiduje się znaczny potencjał tej technologii w zakresie rozwiązywania powiązań woda-energia-żywność. Warunkiem jest zastosowanie odpowiednich połączeń – zarówno doboru paneli do roślin uprawianych przez rolnika, jak po montażu paneli konieczne jest takie gospodarowanie przemiennością upraw, aby każdy gatunek był w stanie zaadoptować się do zastanych warunków. 

Opracowany model ocenia reakcje gatunkowe 12 głównych rodzajów upraw na:

• zacienienie, 
• zmiany mikroklimatu,
• wzrost roślin,
• zapotrzebowanie na wodę, 
• tolerancję na cień,
• wymagania przestrzenne. 

Przebadano skuteczność tych rozwiązań w 25 krajach. Wśród nich nie ma Polski, ale znalazły się wśród nich Niemcy i Rosja, czy kraje Beneluksu, co umożliwia wyciąganie wniosków przydatnych również w polskich warunkach. To znaczny rozwój względem wcześniejszego stanu wiedzy, kiedy brak dokładnych danych sprawiał, że popularnym rozwiązaniem wśród rolników, którzy zdecydowali się na instalacje PV, był wypas swoich zwierząt wśród paneli, czyli używanie tych terenów jedynie jako pastwisko. Obecne badania wskazują, że integracja PV z uprawami może przynosić większe korzyści niż samo wykorzystanie terenu jako pastwiska.

Owce-kosiarki na farmach OZE. Zysk dla rolników i klimatu

Koegzystencja PV i upraw dzięki inteligentnym systemom 

W agrofotowoltaice kluczowym wyzwaniem jest pogodzenie potrzeb roślin i paneli fotowoltaicznych – oba elementy konkurują o dostęp do światła. Uprawy muszą otrzymywać wystarczającą ilość promieni słonecznych, aby proces fotosyntezy przebiegał prawidłowo, a panele z kolei potrzebują możliwie wysokiej ekspozycji, aby efektywnie produkować energię elektryczną. Jednak tej rywalizacji można uniknąć poprzez odpowiednie rozplanowanie instalacji. Można to osiągnąć poprzez większe odstępy między rzędami paneli, co poprawia doświetlenie gleby, albo dzięki wykorzystaniu nowoczesnych, półprzezroczystych modułów PV, które przepuszczają część promieniowania i umożliwiają roślinom dalszy rozwój.

Badacze zwrócili jednak uwagę, że pomiędzy rzędami paneli niektóre obszary otrzymują bezpośrednie światło słoneczne, podczas gdy inne są silnie zacienione, co skutkuje nierównomiernym rozkładem światła. Odpowiedzią na ten problem jest zastosowanie technologii jednego z polskich producentów, firmy Energy5, która oferuje wolnostojący traker fotowoltaiczny, czyli konstrukcję, która wyposażona w system śledzenia słońca i jednoosiowy mechanizm pozwalający panelom korygować swoje nachylenie. 

Nasze trackery fotowoltaiczne zostały zaprojektowane z myślą o takich zastosowaniach. Sterowane zegarem astronomicznym oraz wyposażone w inteligentne czujniki i stację pogodową, zapewniają optymalne ustawienie paneli względem słońca. System umożliwia również przechylenie paneli w celu ich czyszczenia, co może być szczególnie przydatne podczas pylenia roślin. Naprzemienne przechylenie paneli ułatwia dostęp do ich powierzchni, zwiększając efektywność czyszczenia i zapewniając optymalne nasłonecznienie upraw pod panelami – opisuje Cezary Rutkowski, Członek Zarządu Energy5.

Dzięki temu wydajność samych paneli może wzrosnąć nawet o 30%, ale także umożliwia bardziej równomierne nasłonecznienie znajdującej się poniżej przestrzeni rolniczej. Tego typu inteligentne rozwiązania są decydujące dla dalszego sukcesu agrofotowoltaiki w rolnictwie. 

Przykładem udanej integracji jest nasza pierwsza farma fotowoltaiczna w północno-zachodniej Polsce, gdzie zastosowano nasze trackery w połączeniu z modułami bifacial. Takie rozwiązanie pozwala na efektywne wykorzystanie przestrzeni, jednocześnie wspierając produkcję energii i upraw rolnych. Jesteśmy gotowi wspierać rolników i inwestorów w tym kierunku, oferując rozwiązania dostosowane do ich potrzeb i warunków lokalnych – kontynuuje Cezary Rutkowski.

Jak zmienia się mikroklimat pod PV?

Obserwacje potwierdziły także wpływ instalacji PV na mikroklimat znajdujący się poniżej. Wyróżniono kilka kluczowych parametrów jak temperatura, wilgotność, prędkość wiatru i wilgotność gleby, które doprowadziły do poszukiwania odpowiednich gatunków roślin do ich optymalnego wykorzystania w nowych warunkach. W regionach o wysokim stresie cieplnym stworzenie sztucznego zacienienia okazało się być bardzo korzystne dla wzrostu roślin. W chłodniejszym klimacie umiarkowanym zmniejszony zysk słoneczny może wymagać wyboru upraw o niższych wymaganiach.

Co urośnie pod fotowoltaiką?

Najlepiej pod konstrukcją podtrzymującą fotowoltaikę będą sobie radziły rośliny odporne na zacienienie, które do wzrostu nie potrzebują pełnego nasłonecznienia. Do tej grupy należą przede wszystkim warzywa liściaste: sałata, szpinak, jarmuż czy rukola oraz liczne zioła, jak bazylia, mięta czy pietruszka. Ich krótki cykl wegetacyjny i niskie wymagania przestrzenne sprawiają, że dobrze adaptują się do gęstych konfiguracji paneli, a spadek plonów jest minimalny. Korzystają także na stabilniejszym mikroklimacie – półcień sprzyja lepszemu wykorzystaniu wody, co w niektórych przypadkach zwiększa wydajność upraw. Podobne efekty notuje się w przypadku części owoców jagodowych jak truskawki oraz niektórych roślin leczniczych jak żeń-szeń czy imbir, które zyskują na ochronie przed nadmiernym nasłonecznieniem.

Umiarkowaną, co oznacza zmienne efekty – od pozytywnych po negatywne, adaptacje do życia pod systemami agrofotowoltaiki wykazują warzywa korzeniowe: ziemniaki, marchew, buraki, rzodkiewki oraz niektóre gatunki owoców i warzyw wymagające więcej światła, jak papryka czy pomidory koktajlowe, które w warunkach kontrolowanego zacienienia mogą nawet zwiększać plony. Najsłabiej z kolei radzą sobie rośliny o wysokim zapotrzebowaniu na fotosyntezę i dużej powierzchni wzrostu, czyli zboża: pszenica, kukurydza, ryż oraz rośliny oleiste jak słonecznik, rzepak i soja. Ich plony spadają średnio o 10-30%, co ogranicza sens ekonomiczny uprawy pod panelami. 

To pokazuje, że dobór gatunków oraz wykorzystanie inteligentnych rozwiązań jest kluczowe, bo decyduje o tym, czy farma agrofotowoltaiczna będzie w stanie jednocześnie dostarczać energię i pełnowartościowe plony. W trosce o przyszłość planety i rozwoju zeroemisyjnych źródeł energii musimy nauczyć się wykorzystywać zasób jakim jest przestrzeń zgodnie z naturą zasady ,,zero waste”.

Zobacz też: OZE na kopalnianym zbiorniku. Pływająca farma fotowoltaiczna w Sośnicy

Źródła: Crop selection in Agri-PV: international review based strategic decision-making model, Science Direct, PV Magazine, energy5.pl, 

Fot. Canva (Tom Fisk)

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.