Агровольтаика: двойной урожай и солнечная энергия

Агровольтаика — это инновационный подход, объединяющий сельское хозяйство и производство солнечной энергии на одной территории. Эта технология позволяет получать двойную выгоду: урожай сельскохозяйственных культур и электроэнергию. Международная команда исследователей, в том числе из Исследовательского центра Юлиха, изучила потенциал и сложности агровольтаики, представив результаты в новом обзоре, опубликованном в Nature Reviews Clean Technology.

Доктор Онно Мюллер и доктор Маттиас Майер-Грюль из Института био- и геоociенций — физиологии растений Центра Юлиха поделились своим видением этого перспективного направления.

Что такое агровольтаика и каковы её преимущества?

Агровольтаика подразумевает параллельное использование сельскохозяйственных угодий для выращивания культур и установки фотоэлектрических модулей. Как показало исследование, мировой интерес к такому двойному использованию земли стремительно растет. Это не только способствует производству возобновляемой энергии, но и предлагает решения для адаптации к изменению климата и снижения конфликтов, связанных с землепользованием.

Одним из ключевых преимуществ является дополнительный и более стабильный источник дохода — совмещение урожая с продажей электроэнергии. Показатель land equivalent ratio (LER), который измеряет общий урожай культур и энергии по сравнению с раздельным использованием земли, часто оказывается положительным. Это означает, что сельскохозяйственные и фотоэлектрические урожаи взаимно дополняют друг друга, делая агровольтаику экономически выгодной.

Кроме того, агровольтаика приносит агрономические выгоды. Частичное затенение от модулей может защитить растения от теплового стресса и засухи, повышая их устойчивость, особенно в более теплых регионах. Создается измененный микроклимат под модулями: воздух и почва остаются прохладнее и более влажными, что снижает испарение и, как следствие, потребность в поливе. Некоторые культуры, например, малина, демонстрируют лучшие результаты при умеренном затенении. В совокупности эти факторы позволяют агровольтаике стабилизировать сельскохозяйственные урожаи в долгосрочной перспективе, несмотря на меняющиеся климатические условия.

Где уже применяются агровольтаические системы и где они наиболее эффективны?

На данный момент агровольтаика наиболее распространена в странах с высокими ценами на электроэнергию, что обеспечивает максимальную экономическую отдачу. Интересно, что это не всегда регионы с наилучшими условиями для солнечной энергетики. Моделирование показало, что средиземноморские регионы особенно подходят для агровольтаики благодаря сочетанию высокого уровня солнечного излучения и благоприятных условий для выращивания.

В Западной Европе ситуация сложнее: многие культуры требуют больше света, а общее солнечное излучение ниже. Это подчеркивает важность адаптации конструкции систем к местным условиям — например, путем выбора оптимальной высоты модулей, расстояния между рядами или подбора культур, устойчивых к частичному затенению. Такой подход позволяет достичь баланса между сельскохозяйственной и энергетической продуктивностью.

Каков теоретический потенциал и как агровольтаика способствует энергетическому переходу?

По оценкам Института Фраунгофера, около 10% сельскохозяйственных земель Германии технически подходят для агровольтаики, что теоретически позволяет установить около 1,7 ТВт фотоэлектрической мощности. Для достижения национальных климатических целей к 2040 году потребуется 500 ГВт фотоэлектрической мощности, которая может быть обеспечена за счет различных поверхностей: крыш, фасадов, парковок, инфраструктурных зон и традиционных наземных солнечных электростанций. Агровольтаика является важным элементом этого общего энергобаланса.

Исследователи полагают, что основной потенциал агровольтаики заключается в тех областях, где она обеспечивает экологические преимущества и стабилизирует урожаи. В Германии это касается лишь около 1–2% всех реально пригодных для развития агровольтаики сельскохозяйственных земель. Это соответствует установленной агровольтаической мощности в 170–340 ГВт, что может внести существенный вклад в достижение целей по развитию фотоэлектрической энергетики к 2040 году.

Какие существуют препятствия и как Центр Юлиха способствует развитию технологии?

Основные трудности включают более высокие первоначальные инвестиционные затраты по сравнению с традиционными фотоэлектрическими системами, отсутствие единых стандартов, а также значительные различия в регулировании и уровне принятия технологии в разных регионах. Для преодоления этих барьеров команда из Юлиха работает по нескольким направлениям.

С одной стороны, в регионе демонстрируются различные варианты агровольтаических установок, где в сотрудничестве с полевыми партнерами тестируется взаимодействие технологий, культур и методов возделывания в реальных условиях. С другой стороны, используется экспертиза в области фенотипирования растений для точного анализа реакции растений на измененные условия освещения и микроклимата. Эти знания помогают как научному сообществу, так и практикам в выборе и дальнейшем развитии подходящих систем.

Наконец, оказывается поддержка в создании надежных нормативных рамок. Важным шагом является разработка существующего стандарта DIN SPEC 91434, предварительной версии стандарта DIN, находящейся в стадии испытаний, в полноценный стандарт. В Германии этот стандарт определяет требования к конструкции агровольтаических систем и критерии для разрешительных органов при реализации новых проектов. Такие стандарты обеспечивают предсказуемость для фермеров, инвесторов и органов власти, способствуя более быстрому и надежному внедрению проектов.