Rozwój energii słonecznej w Hiszpanii i większej części Europy wywołał poważny dylemat: Jak kontynuować instalację paneli fotowoltaicznych bez niszczenia gruntów rolnychNa obszarach, na których jest dużo ziemi, jak ma to miejsce w dużych krajach spoza UE, konflikt jest mniejszy, ale w kraju rolniczym, gdzie jest mało ziemi, jak w Hiszpanii, liczy się każdy hektar.
W ostatnich latach agrivoltaika stopniowo stała się tematem dyskusji w debatach technicznych, konferencjach branżowych i programach pomocy publicznej, takich jak realistyczny sposób na pogodzenie rolnictwa i generacji fotowoltaicznejDo tego trendu przyczyniają się nowe technologie paneli półprzezroczystych i specjalne projekty dla upraw, które mają na celu zminimalizowanie zacienienia bez poświęcania konkurencyjnej produkcji energii elektrycznej.
Czym jest agrivoltaika i dlaczego jest tak interesująca na hiszpańskiej wsi?
Kiedy mówimy o agrivoltaice, mamy na myśli systemy, które Łączą działalność rolniczą i wytwarzanie energii słonecznej na tej samej powierzchni farmy słoneczneNie chodzi tylko o umieszczenie paneli na powierzchni ziemi, ale o zaprojektowanie struktur, gęstości i typów paneli, które pozwolą roślinie otrzymywać światło, wodę i wentylację, których potrzebuje do normalnego, a nawet lepszego wzrostu.
W kontekście coraz bardziej ambitnych celów klimatycznych – Unia Europejska dąży do tego, aby znaczna część jej energii elektrycznej pochodziła ze źródeł odnawialnych, aby osiągnąć neutralność węglową do połowy stulecia – fotowoltaika stała się kluczowym elementem. Gwałtowny spadek cen paneli, napędzany głównie przez nadprodukcję w Azji, ułatwił ich powszechne wdrażanie, ale jednocześnie nasilił presję na grunty rolne, hodowlane i leśne.
Dlatego też agriwoltaikę zaczyna się postrzegać jako swego rodzaju „punkt spotkania” dwóch światów, które do niedawna uważano za będące w konflikcie: bezpieczeństwo żywnościowe i transformacja energetycznaDoświadczenia w Hiszpanii pokazują, że przy dobrym projekcie instalacji paneli, mogą one chronić uprawy przed nadmiernym promieniowaniem, pomagać oszczędzać wodę i stanowić dodatkowe źródło dochodu dla rolników.
Ponadto w regionach, w których wzrasta stres wodny i występują częstsze fale upałów, technologia ta jest ceniona jako narzędzie do adaptacji do zmian klimatuwykraczające poza jego rolę w redukcji emisji.
Największe wyzwanie techniczne: cień na uprawach
Główną przeszkodę dla konwencjonalnych systemów fotowoltaicznych w terenie można łatwo zrozumieć: Panele rzucają cień, którego nie wszystkie rośliny znoszą tak samo dobrze.Jeżeli roślina otrzymuje mniej promieniowania niż potrzebuje, jej zdolność fotosyntezy spada, a wraz z nią spada wydajność.
Pierwsze próby z napięciem w rolnictwie koncentrowały się na regulacji wysokości, rozstawu i nachylenia paneli, aby uzyskać częściowy cień, a także na doborze upraw stosunkowo odpornych na światło przefiltrowane. Dodatkowo, zaczęto testować panele dwustronne, zdolne do wykorzystania światła odbitego od ziemi, choć nie rozwiązało to całkowicie dylematu między… produkcja energii słonecznej i dostęp do światła dla upraw.
Kluczem jest znalezienie równoważyć gdzie rośliny mają wystarczająco dużo światła do fotosyntezy, a system fotowoltaiczny utrzymuje rozsądny zwrot z inwestycji. Właśnie tutaj w grę wchodzi rozwój specjalistycznych materiałów i projektów, takich jak panele półprzezroczyste lub selektywne pod względem długości fali.
Kilka badań zgadza się co do progu wytycznych: Większość upraw wymaga około 60% użytecznej transmisji światła aby utrzymać normalną wydajność. Poniżej tej wartości straty mocy gwałtownie rosną; powyżej niej integracja z fotowoltaiką jest bardziej obiecująca.
Propozycja Uniwersytetu w Jaén: Półprzezroczyste panele RearCPVbif
W tym kontekście zespół z Uniwersytet Jaén przedstawił rozwiązanie, które ma na celu rozwiązanie problemu już na etapie konstrukcji panelu. Ich propozycja opiera się na nowej generacji półprzezroczystych modułów fotowoltaicznych, które mogą… wytwarzać energię elektryczną, zapewniając jednocześnie uprawom niezbędne światło.
Badanie opublikowane na platformie naukowej Science Direct analizuje technologię pod kątem dwóch podstawowych parametrów: średnia przepuszczalność światła widzialnego i średnia przepuszczalność fotosyntetycznaW praktyce wskaźniki te mierzą, jaki procent promieniowania przydatnego roślinom dociera do drugiej strony panelu po przejściu przez materiał i ogniwa słoneczne.
Zaprezentowana innowacja jest zawarta w systemie o nazwie RearCPVbif (tylny koncentrator fotowoltaiczny dwustronny)Technologia ta należy do rodziny STPV (półprzezroczystych paneli fotowoltaicznych), ale charakteryzuje się własnym, unikalnym podejściem. W przeciwieństwie do innych rozwiązań, które po prostu tworzą przerwy lub zmniejszają gęstość ogniw, technologia ta integruje koncentratory optyczne z tyłu modułu.
Mówiąc prościej, światło, które nie jest bezpośrednio wykorzystywane na przedniej części panelu, jest przekierowywane na tył ogniw bifacjalnych, zwiększając produkcję energii elektrycznej bez utraty przejrzystości. Naukowcy podkreślają, że ich projekt Osiąga około 60% przejrzystości optycznej., wartość zgodna z cyklem fotosyntezy większości upraw ogrodniczych.
Przejrzystość, wydajność i temperatura: delikatna równowaga
Kierunek badań Uniwersytetu w Jaén różni się od innych „transparentnych” podejść, które branża badała w ostatnich latach. Z jednej strony istnieją panele nieselektywne pod względem długości fali, które Absorbują znaczną część widma słonecznego. Rozjaśniają kolor materiału lub dodają przerwy między komórkami, aby zwiększyć przezroczystość. Problem w tym, że ta przezroczystość często jest niewystarczająca dla upraw.
Na drugim biegunie znajdują się panele selektywne, które Preferencyjnie pochłaniają promieniowanie ultrafioletowe i bliskiej podczerwieniDzięki temu przepuszczana jest większa część światła widzialnego, którego rośliny najbardziej potrzebują. Tego typu rozwiązania stanowią bardziej odpowiednią podstawę dla agriwoltaiki, choć ich wdrożenie w przemyśle jest wciąż w fazie rozwoju.
Propozycja RearCPVbif opiera się właśnie na tej selektywnej logice, ale dodaje zastosowanie tylnych koncentratorów optycznych w celu maksymalizacji dostępnej energii bez przyciemniania środowiska upraw. Według zespołu kierowanego przez badaczy Álvara Varela-Albacete i Eduardo Fernándeza, Obecna technologia STPV jest niedostatecznie wykorzystywana i może działać znacznie lepiej w zastosowaniach rolniczych, jeśli zostanie połączony z tym typem koncentratora.
Kolejnym aspektem, który autorzy wzięli pod uwagę, jest zachowanie termiczne systemu. Jednym z powszechnych problemów związanych z instalacją paneli fotowoltaicznych nad uprawami jest ryzyko generowania niepożądany efekt cieplarnianyZmieniając mikroklimat pod panelami. Podczas przeprowadzonych testów temperatura ogniw utrzymywała się poniżej 70°C, co stanowiło ważny punkt odniesienia pozwalający uniknąć negatywnego wpływu na bezpośrednie otoczenie.
Tego typu ograniczenia temperaturowe wpływają na wydajność konstrukcji agriwoltaicznych nie stają się dachami zatrzymującymi ciepło nadmiernie, co jest szczególnie wrażliwe na obszarach, gdzie jest gorąco i dostęp do wody jest ograniczony.
Z laboratorium na pole: testy na prawdziwych uprawach i skupienie się na intensywnym ogrodnictwie
Jedną z mocnych stron tego rozwoju jest to, że Już wzbudziło to zainteresowanie firm i organizacji z tego sektoraNaukowcy potwierdzili kontakty z różnymi podmiotami w celu przyspieszenia zarówno przemysłowego skalowania modułów, jak i ich integracji z operacjami w świecie rzeczywistym.
Plan działania obejmuje obecnie kampanie testowe w uprawach komercyjnych, w ramach których oceniana będzie nie tylko produkcja energii elektrycznej, ale także kluczowe parametry agronomiczne: plony, jakość produktu, zapotrzebowanie na nawadnianie, temperatura i wilgotność gleby. Celem jest uzyskanie rzetelnych danych, które pozwolą… dostosuj projekt do specyficznych potrzeb każdej uprawy i regionu.
Regiony takie jak AlmeríaObszary te, charakteryzujące się intensywną uprawą szklarniową i rosnącym wykorzystaniem energii fotowoltaicznej, stają się idealnymi miejscami dla tego typu technologii. Współistnienie tam rozległych obszarów z tworzywami sztucznymi wykorzystywanymi w rolnictwie i pól fotowoltaicznych otwiera drogę do modeli hybrydowych, w których części dachów lub konstrukcji mogą pełnić podwójną funkcję.
Jeśli testy potwierdzą wstępne wyniki, agrifotaika z panelami półprzezroczystymi może stać się decydującym narzędziem Tak zwane „morze plastiku” współistnieje z prawdziwym „morzem paneli”bez narażania produkcji ogrodniczej.
Doświadczenia i dane z Hiszpanii: z Murcji do winnic i gajów oliwnych
Oprócz badań nad materiałami, Hiszpania zaczyna gromadzić Doświadczenia terenowe, które pokazują, że agrivoltaika może działać w warunkach rzeczywistych. Jednym z regionów, w których poczyniono największe postępy, jest region Murcji, z wysoce technologicznym rolnictwem i ponad 3.300 godzinami słonecznymi w roku.
Na Uniwersytecie w Murcji i w różnych ośrodkach badawczych zaprezentowano wyniki wskazujące na korzyści zarówno agronomiczne, jak i ekonomiczne. Podczas specjalistycznych konferencji Hiszpańska Unia Fotowoltaiczna (UNEF) zgromadziła naukowców, agencje rządowe i firmy, aby przeanalizować, jak te modele wpływają na środowisko. Stanowią dodatkowe źródło dochodu dla rolnika. nie zmuszając go do porzucenia jego głównej działalności.
Próby przeprowadzone na uprawach na terenach suchych, a także w winnicach i gajach oliwnych pokazują, że strategiczne rozmieszczenie paneli może zmniejszyć parowanie nawet o 30%Aby lepiej kontrolować utratę wody z gleby i chronić uprawy przed ekstremalnymi upałami. Wszystko to bez obniżania, a nawet poprawy plonów w określonych warunkach stresu klimatycznego.
Na przykład w winnicach pilotażowych panele zintegrowano bez wpływu na produkcję winogron lub jakość wina, osiągając jednocześnie większe zatrzymywanie wilgoci w glebieNiektóre badania wskazują na wzrost produkcji na poziomie około 5% w przypadku gajów oliwnych oraz lepszą reakcję upraw na niekorzystne warunki pogodowe, co jest kluczowe dla regionów w dużym stopniu zależnych od upraw oliwek.
Równocześnie administracja centralna pracuje nad konkretnymi kryteriami, które mają zapewnić, że w tych projektach: działalność rolnicza pozostaje priorytetem i jest zgodna z WPRTaka pewność prawna jest niezbędna, aby zachęcić spółdzielnie i indywidualnych rolników do inwestowania w rozwiązania agriwoltaiczne bez obaw o utratę wsparcia europejskiego.
Murcia jako laboratorium: projekty agriwoltaiczne w szklarniach i na poletkach doświadczalnych
Rząd regionalny Murcji podjął kolejny krok, wyraźnie promując Energia agriwoltaiczna jako narzędzie optymalizacji wykorzystania gruntów rolnychMinisterstwo Środowiska, Uniwersytetów, Badań Naukowych i Mar Menor podkreśliło potencjał tej technologii w społecznościach o dużym nasłonecznieniu i wysoko rozwiniętym rolnictwie nawadnianym.
Murciański Instytut Badań i Rozwoju Rolnictwa i Środowiska (IMIDA) koordynuje kilka pionierskich projektów. Jeden z nich, zlokalizowany w La Alberca, koncentruje się na ogrodnictwo szklarnioweWstępne wyniki wskazują na wzrost plonów, który według testów wyniesie od 20% do 60%, w zależności od rodzaju uprawy i konstrukcji obiektu.
Panele nie tylko dostarczają energię do działania, ale także Redukują stres cieplny i radiacyjny u roślin.Otwiera to drogę do wprowadzenia upraw, które wcześniej były trudne do uprawy w klimacie półpustynnym. Częściowe zacienienie pomaga łagodzić skoki temperatury i lepiej wykorzystywać dostępną wodę.
Innym godnym uwagi projektem jest ten o nazwie PS Agrovoltaica, zainstalowany w Centrum Demonstracji i Transferu Rolnictwa El Mirador (CDTA) w San Javier. Jest to eksperymentalna infrastruktura o mocy około 36 kilowatów, która łączy trackery słoneczne, moduły nieprzezroczyste i panele półprzezroczyste, wraz ze strefą kontrolną bez instalacji fotowoltaicznej.
Taka konfiguracja umożliwia szczegółowy monitoring parametrów środowiskowych i produkcyjnych oraz pozwala na porównanie wpływu wysokości, orientacji, rodzaju paneli i gęstości struktury na mikroklimat i wydajność upraw. Wygenerowane dane służą jako punkt odniesienia. zaprojektować systemy możliwe do powielenia dla innych gospodarstw w Murcji i regionach o podobnych warunkach.
Wsparcie instytucjonalne i pomoc publiczna dla projektów agriwoltaicznych
Wdrożenia instalacji agriwoltaicznych w Hiszpanii nie można uzasadnić wyłącznie względami technicznymi lub agronomicznymi: Pomoc publiczna odgrywa ważną rolę Aby przyspieszyć inwestycje i zmniejszyć ryzyko dla rolników. Instytut Dywersyfikacji i Oszczędności Energii (IDAE) ogłosił kilka konkretnych naborów wniosków na innowacyjne projekty z zakresu energii odnawialnej.
W ramach jednej z najnowszych linii finansowania przeznaczonych na innowacyjne odnawialne źródła energii, IDAE przeznaczył 148,5 mln euro na 199 projektówWiele z tych projektów dotyczy rozwiązań agriwoltaicznych z magazynowaniem energii. Z tej kwoty około 77,1 mln euro jest skoncentrowane w 62 projektach bezpośrednio powiązanych z gospodarstwami rolnymi zajmującymi się uprawą drzew i roślin ogrodniczych.
Jednocześnie na grupę 73 inicjatyw, które łączą w sobie ponad 87 mln euro, przeznaczono agrivoltaika i pływające ogniwa fotowoltaiczneInwestycje te, których zainstalowana moc przekracza 160 MWp, a pojemność magazynowania przekracza 180 MWh, a które są w dużej mierze finansowane ze środków Europejskiego Planu Odbudowy, mają na celu wykazanie technicznej i ekonomicznej wykonalności hybrydowych modeli użytkowania gruntów i wody.
Spółdzielnie rolnicze podkreślają, że agriwoltaika może pełnić funkcję dodatek dochodowy dla rolników o obniżonych dochodach lub niskich emeryturachWarto pamiętać, że fotowoltaika już pod koniec XXI wieku pełniła rolę stabilizującą dla wielu specjalistów. Teraz, w kontekście zmiennych cen energii i presji klimatycznej, rozwiązania te ponownie zyskują na atrakcyjności.
Ministerstwo ds. Przemian Ekologicznych i Wyzwań Demograficznych (MITECO) podkreśla, że wdrożenie musi być przeprowadzone z zapewnieniem prymatu działalności rolniczej i zapewnienie zgodności regulacyjnej z WPRTa linia pracy, wraz z opracowywaniem krajowych map inicjatyw i przewodników technicznych, ma na celu zapewnienie pewności tym, którzy rozważają podjęcie decyzji o przejściu na instalacje agrowoltaiczne.
Wymierne korzyści: woda, mikroklimat i nowe modele gospodarki wiejskiej
Dane z badań przeprowadzonych w Hiszpanii i innych porównywalnych ośrodkach wskazują na szereg powtarzających się korzyści. Jedną z najczęściej wymienianych jest ulepszone zarządzanie wodąCzęściowy cień generowany przez panele ogranicza parowanie, a tym samym ilość wody, którą rośliny tracą poprzez ciepło i promieniowanie.
W systemach nawadniających pływające ogniwa fotowoltaiczne instalowane na tratwach oferują również dodatkowe korzyści: częściowo pokrywają powierzchnię, Zmniejsza parowanie i pomaga kontrolować wzrost glonów.To częste problemy w ciepłym klimacie. Jednocześnie energia produkowana na miejscu umożliwia elektryfikację pomp i usprawnienie systemów nawadniających.
Z punktu widzenia klimatu połączenie zacienienia i wentylacji pod konstrukcjami fotowoltaicznymi przyczynia się do złagodzić ekstremalne fale upałówJest to szczególnie istotne w kontekście coraz dłuższych i suchszych lat. W przypadku niektórych upraw naukowcy zaobserwowali rzadsze występowanie stresu cieplnego i bardziej stabilną wydajność podczas fal upałów.
Wszystko to przekłada się na możliwości ekonomiczne dla obszarów wiejskich. Agrivoltaika nie tylko wytwarza energię elektryczną, którą można wykorzystać na własne potrzeby lub sprzedać do sieci, ale także Otwiera drzwi nowym modelom biznesowym i współpracy między rolnikami a firmami energetycznymi.Na obszarach zagrożonych zaprzestaniem działalności rolniczej tego typu projekty są postrzegane jako sposób na utrzymanie działalności i miejsc pracy.
Prezes UNEF podkreślił, że „nie ma dychotomii między rolnictwem a fotowoltaiką”, jeśli użytkowanie gruntów zostanie odpowiednio zaplanowane, zauważając, że większość gruntów rolnych nadal będzie przeznaczona wyłącznie na produkcję żywności. Wyzwaniem, jego zdaniem, jest optymalne wykorzystanie tego niewielkiego odsetka przeznaczonego na agriwoltaikę. służyć jako przykład współistnienia obu zastosowań.
Rozwój agrifotaiki w Hiszpanii i innych krajach europejskich zaczyna dowodzić, że wybór między panelami słonecznymi a uprawami nie jest nieunikniony: dzięki technologiom takim jak półprzezroczyste panele RearCPVbif, dobrze zaprojektowanym próbom agrotechnicznym oraz ramom pomocy i regulacji, które priorytetowo traktują działalność rolniczą, jest to możliwe. aby produkować czystą energię i żywność na tej samej ziemi, zwiększyć odporność na zmiany klimatu i zapewnić nowe źródło dochodu dla obszarów wiejskich bez poświęcania jego podstawowej funkcji w łańcuchu pokarmowym.
