Wprowadzenie
Jako innowacyjna technologia, agrifotowoltaika umożliwia podwójne wykorzystanie gruntów poprzez instalację paneli słonecznych na polach uprawnych, pastwiskach lub w szklarniach. Takie podejście znacząco poprawia efektywność wykorzystania ziemi, umożliwiając jednoczesną produkcję energii i plonów rolnych. Jednak często pojawia się pytanie: czy panele fotowoltaiczne blokują światło słoneczne na tyle, by wpływać negatywnie na wzrost roślin?
Potencjalny wpływ agrifotowoltaiki na wzrost upraw
Instalacja paneli fotowoltaicznych na gruntach rolnych, pastwiskach lub w szklarniach zapewnia nie tylko źródło energii elektrycznej dla gospodarstw, ale również zwiększa ogólną efektywność wykorzystania ziemi. Choć poprawia to bilans energetyczny, obecność paneli słonecznych wprowadza także złożone i wieloaspektowe zmiany w środowisku wzrostu roślin. Zmiany te mogą przynieść znaczne korzyści dla rozwoju upraw, ale w niektórych warunkach mogą również stanowić pewne wyzwania.
1. Pozytywne skutki
Cień zmniejsza stres cieplny
Systemy agrifotowoltaiczne pomagają łagodzić stres cieplny roślin w czasie upałów, zapewniając im cień dzięki panelom słonecznym. Zgodnie z badaniem niemieckiego Instytutu Fraunhofera ds. Systemów Energii Słonecznej (Fraunhofer ISE), wysokie temperatury mogą zmniejszyć wydajność fotosyntezy o 15%–30%, co może prowadzić do poparzeń liści i zahamowania wzrostu. Cień rzucany przez panele może średnio obniżyć temperaturę gruntu o 3°C–5°C, a w południe latem efekt chłodzenia jest jeszcze wyraźniejszy. W jednym z eksperymentów na pomidorach stwierdzono, że w strefie pod panelami uszkodzenia liści zmniejszyły się o 20%, a tempo wzrostu wzrosło o 10%–15%. Dodatkowo umiarkowane światło przedłużyło optymalny czas fotosyntezy u niektórych roślin, zapewniając im bardziej stabilne warunki wzrostu.
Poprawa wilgotności gleby
Efekt zacienienia powodowany przez panele fotowoltaiczne ogranicza nie tylko bezpośrednie nasłonecznienie, ale także zmniejsza parowanie z powierzchni ziemi, co znacząco zwiększa wilgotność gleby. W badaniu przeprowadzonym na terenach suchych naukowcy zaobserwowali, że wilgotność gleby w obszarach objętych agrifotowoltaiką była o 15%–25% wyższa niż w obszarach nieosłoniętych. Na polu testowym w południowej Europie zastosowanie paneli słonecznych pozwoliło zmniejszyć częstotliwość nawadniania o 20%–30%, co oznacza oszczędność 3 000–4 000 m³ wody rocznie na hektar. Zwiększona wilgotność nie tylko ogranicza zużycie zasobów wodnych, ale również poprawia dostępność wody dla systemu korzeniowego, zwiększając odporność roślin na suszę — szczególnie w przypadku roślin cienioznośnych, takich jak trawy pastewne, oraz upraw o wysokim zapotrzebowaniu na wodę, np. ryż.
Lepsze wykorzystanie światła
Specjalnie zaprojektowane panele słoneczne mogą przekształcać intensywne światło bezpośrednie w bardziej rozproszone, tworząc tym samym korzystniejsze warunki świetlne dla upraw. Zgodnie z badaniem japońskim z 2021 roku dotyczącym agrifotowoltaiki, zwiększenie udziału światła rozproszonego może poprawić wydajność fotosyntezy o 15%–25%, szczególnie w przypadku roślin lubiących cień, takich jak szpinak czy truskawki. W jednym z eksperymentów truskawki uprawiane pod panelami agrifotowoltaicznymi wykazywały o 8% wyższą zawartość cukru i o 12% wyższe stężenie chlorofilu. Ponadto naukowe rozmieszczenie paneli zapewnia bardziej równomierne rozprowadzenie światła, co zmniejsza efekt zacienienia i optymalizuje zarówno plony, jak i jakość. Inne badanie wykazało, że pola ryżowe w warunkach agrifotowoltaiki osiągały średnie plony wyższe o ponad 10% bez dodatkowego zużycia wody i nawozów.
2. Potencjalne negatywne skutki
Nadmierne zacienienie może hamować fotosyntezę
Choć panele słoneczne pomagają obniżyć temperaturę, mogą również zmniejszać natężenie światła potrzebnego do wzrostu roślin — zwłaszcza tych o dużym zapotrzebowaniu na światło. Badanie przeprowadzone w 2020 roku przez amerykański Departament Rolnictwa (USDA) wykazało, że gdy poziom zacienienia przekracza 40%, wydajność fotosyntezy kukurydzy spada o około 12%, co znacząco wpływa na jej wzrost. Ponadto długotrwałe zacienienie może wydłużyć cykl wzrostu niektórych roślin, opóźniając zbiory. Na przykład trzcina cukrowa uprawiana przy 50% zacienieniu dojrzewała o 15 dni dłużej, a jej wysokość była niższa o 20%.
Nierównomierne rozłożenie światła może powodować nieregularny wzrost upraw
Stałe panele fotowoltaiczne mogą rzucać nierównomierne cienie, co zakłóca warunki wzrostu roślin. Zgodnie z badaniem terenowym przeprowadzonym przez Fraunhofer ISE w 2020 roku, rośliny uprawiane w stale zacienionych miejscach miały biomasy mniejsze o 25%–30% w porównaniu z tymi, które znajdowały się w pełnym słońcu. W jednej z działek testowych liczba pomidorów rosnących pod panelami spadła o 18%, natomiast w obszarach w pełnym nasłonecznieniu owoce były liczniejsze, ale ich średnia masa zmniejszyła się o 5%. Nierównomierne oświetlenie może również prowadzić do większych różnic w wysokości roślin, co utrudnia zbiór.
Potencjalny wpływ na cechy jakościowe upraw
Zacienienie wpływa nie tylko na tempo wzrostu, ale może również zmieniać jakość i wygląd plonów. Badanie przeprowadzone w 2021 roku przez Francuski Narodowy Instytut Badań nad Rolnictwem, Żywnością i Środowiskiem (INRAE) wykazało, że przy 30% zacienieniu zawartość cukru w winogronach spadła o około 5%, a skórka stała się jaśniejsza. Podobnie, choć truskawki uprawiane przy silnym zacienieniu zachowały dobrą wydajność, ich czas dojrzewania wydłużył się średnio o 7 dni, a słodycz nieco się zmniejszyła. Takie zmiany mogą być wyzwaniem dla producentów upraw o wysokiej wartości rynkowej, którzy muszą spełniać rygorystyczne wymagania jakościowe, co może wymagać dodatkowych działań zarządzających.
Jak zminimalizować wpływ agrifotowoltaiki na wzrost upraw
Optymalna konstrukcja paneli fotowoltaicznych
Zastosowanie modułów fotowoltaicznych dwustronnych (bifacialnych) pozwala systemom agrifotowoltaicznym zwiększyć wydajność produkcji energii przy jednoczesnym ograniczeniu negatywnego wpływu na wzrost upraw. Moduły bifacialne pochłaniają światło zarówno z przodu, jak i światło odbite od podłoża, co skutecznie zwiększa udział światła rozproszonego i poprawia środowisko fotosyntezy roślin. Według badania przeprowadzonego przez Fraunhofer ISE w 2021 roku, moduły te generują o 15%–25% więcej energii niż tradycyjne panele jednostronne i zwiększają intensywność światła rozproszonego w zacienionych obszarach o 20%–30%. W połączeniu z technologią dynamicznego ustawiania kąta nachylenia paneli możliwe jest dostosowanie ich pozycji do pory roku i potrzeb konkretnych upraw — na przykład latem zwiększa się kąt nachylenia, aby poszerzyć cień i ograniczyć stres cieplny, a zimą zmniejsza się kąt, aby zwiększyć nasłonecznienie. Dane pokazują, że w systemie dynamicznym z panelami dwustronnymi wydajność fotosyntezy pszenicy wzrosła o 15%–20%, częstotliwość nawadniania zmniejszyła się o 25%, a ogólne zużycie wody zostało znacznie zredukowane.
Naukowe rozmieszczenie i dobór upraw
Strategiczne rozmieszczenie paneli i odpowiedni dobór gatunków roślin mają również kluczowe znaczenie dla minimalizacji wpływu agrifotowoltaiki. Optymalizacja odstępów między panelami pozwala zmniejszyć powierzchnię stałych zacienień, jednocześnie utrzymując wysoką wydajność energetyczną. Ułożenie paneli w proporcji 1:2 lub 1:3 zapewnia bardziej równomierne rozproszenie światła i ogranicza negatywny wpływ na plony. Badanie przeprowadzone na działce testowej w Niemczech wykazało, że przy zoptymalizowanym odstępie plony pszenicy spadły jedynie o 3%–5%, podczas gdy wydajność paneli fotowoltaicznych wzrosła o 12%–15%. Ponadto przy wyborze upraw należy uwzględnić właściwości zacienienia systemu PV. Rośliny cieniolubne lub preferujące światło rozproszone (takie jak szpinak czy trawy pastewne) wykazują szczególnie dobre wyniki w środowisku agrifotowoltaicznym.
Korzyści środowiskowe i ekonomiczne agrifotowoltaiki
Innowacyjna technologia agrifotowoltaiczna przynosi rolnikom istotne korzyści, pomagając im lepiej stawiać czoła wyzwaniom współczesnego rolnictwa.
Z perspektywy środowiskowej agrifotowoltaika zastępuje paliwa kopalne czystą energią, zmniejszając emisję CO₂ o około 700 ton rocznie na każdy zainstalowany megawat mocy słonecznej. Ogranicza również parowanie wody z powierzchni gleby, poprawia jej wilgotność i zwiększa efektywność wykorzystania gruntów — co czyni ją szczególnie odpowiednią dla regionów suchych lub o ograniczonej powierzchni uprawnej.
Z punktu widzenia ekonomicznego agrifotowoltaika generuje dodatkowy dochód dla rolników, szacowany na 2 000–5 000 euro rocznie na hektar, a jednocześnie obniża koszty nawadniania i zużycia energii, co redukuje ogólne wydatki operacyjne. Co więcej, projekty agrifotowoltaiczne przyciągają wsparcie polityczne i inwestycyjne, tworzą miejsca pracy na obszarach wiejskich i napędzają rozwój lokalnej gospodarki.
Wnioski
Poprzez instalację paneli słonecznych na gruntach rolnych, pastwiskach czy w szklarniach, technologia agrifotowoltaiki umożliwia bardziej efektywne wykorzystanie terenów oraz przynosi wyraźne korzyści środowiskowe i ekonomiczne.
Z ekologicznego punktu widzenia redukuje emisję dwutlenku węgla o około 700 ton na megawat rocznie, obniża temperaturę i parowanie z gleby, jednocześnie poprawiając jej wilgotność — co zapewnia bardziej zrównoważone warunki uprawy w rejonach suchych i o niedoborze wody. Ponadto cień rzucany przez panele łagodzi stres cieplny roślin i poprawia jakość światła rozproszonego, zwiększając efektywność fotosyntezy.
Choć mogą wystąpić wyzwania, takie jak nadmierne zacienienie czy nierównomierne rozłożenie światła, można je skutecznie rozwiązać poprzez zastosowanie systemów dynamicznej regulacji, technologii dwustronnych paneli oraz naukowego rozmieszczenia paneli i doboru roślin.
Ogólnie rzecz biorąc, agrifotowoltaika nie tylko zapewnia rolnikom zysk ekonomiczny, ale również wyznacza nowatorską ścieżkę dla połączenia zrównoważonego rolnictwa z energią odnawialną. Dzięki postępowi technologicznemu i wsparciu politycznemu, perspektywy rozwoju tej technologii stają się coraz bardziej obiecujące.
Od 2008 roku Maysun Solar zajmuje się produkcją wysokiej jakości modułów fotowoltaicznych. Nasza oferta obejmuje moduły IBC, HJT, TOPCon oraz stacje solarne na balkon, które wykorzystują nowoczesne technologie, zapewniając wysoką wydajność i niezawodną jakość. Maysun Solar z sukcesem założyło biura i magazyny w wielu krajach oraz nawiązało długoterminowe partnerstwa z najlepszymi instalatorami! Aby uzyskać najnowsze oferty na panele słoneczne lub zadać pytania dotyczące fotowoltaiki, skontaktuj się z nami. Nasze produkty to gwarancja niezawodności i wysokiej jakości.
Referencje:
Bundesnetzagentur. (2023, July 10). Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG): Unterstützung für Agri-PV-Projekte in Deutschland. https://www.bundesnetzagentur.de/eeg/agri-pv-foerderung/2023-juli
Fraunhofer ISE. (2021, March). Agri-photovoltaics: Synergies between agriculture and solar power. https://www.ise.fraunhofer.de/en/key-topics/agri-photovoltaics.html
USDA. (2023, February 5). Agrivoltaics: Combining solar energy and agriculture in the United States. https://www.usda.gov/agrivoltaics-us
Optics Journal. (2023, May 20). Analysis of Total Irradiance Model for Bifacial Photovoltaic Modules. Retrieved from https://opticsjournal.net/Articles/OJ562209529f113c30/Abstract
Może Ci się spodobać: