Солнечная синергия
Быстро растущая солнечная энергетика занимает всё больше ценных земель, в том числе плодородных. Возможно ли развивать сельское хозяйство на поле, где установлены фотоэлектрические панели? Да, при соблюдении определённых условий солнечного света хватит и на то, и на другое.
Общепринятого термина для совместного обозначения сельского хозяйства и солнечной энергетики пока нет. По-английски соответствующую форму землепользования называют agrivoltaics, agrophotovoltaics, agri solar, agri-PV; по-русски - «агрофотоэлектроэнергетика», «агроэлектроэнергетика» или «агровольтаика». Здесь важно то, что оба вида хозяйственной деятельности совмещаются на одной площадке и влияют друг на друга, из-за чего проектировщикам приходится решать непростые оптимизационные задачи. Получаемую электроэнергию можно использовать любым образом, поэтому солнечный насос для подачи воды на поля или её отвода в принципе не имеет отношения к агроэнергетике (хотя в некоторые обзоры такие решения включены), равно как и фотоэлектрический модуль на крыше амбара или хлева (несмотря на то, что он находится на территории фермы). Агроэнергетика - это солнечные панели на зеленеющем поле.
В поисках оптимума
В общем случае специалисты считают, что взаимное влияние, о котором идёт речь, будет отрицательным, но умеренно, так что суммарно получится выигрыш в продуктивности землепользования. Конкретные оценки разнятся. Так, Мартейн ван дер Пау, нидерландский менеджер по развитию бизнеса в сфере агроэнергетики из международной компании Statkraft, предлагает исходить из того, что после установки на участке солнечной электростанции его урожай должен составлять не менее 70% от прежнего, а выработка энергии - 70% от эталона для такой же площади. Суммарная эффективность составит в итоге 140%. Эксперты из Йельского центра по бизнесу и экологии (Yale for Business and the Environment) Билл Педерсен и Брукс Лэм со ссылкой на Институт солнечной энергетики Общества имени Фраунгофера (Fraunhofer ISE) пишут о 80-процентных сельскохозяйственной продуктивности и энергоэффективности (итого 160%). Такой результат на экспериментальной делянке площадью в треть гектара, засеянной пшеницей, был зафиксирован в совместном эксперименте института Fraunhofer ISE и сельскохозяйственного общества Demeter в деревне Хеггельбах (земля Баден-Вюртемберг) в 2017 году. А жарким летом 2018 года, как сообщил институт в апреле 2019-го, солнечные панели не только сами показали рекордную выработку, но и помогли растениям, защитив их от избытка солнца. Под навесами с панелями, поднятыми на высоту в пять метров, были высажены четыре культуры - озимая пшеница, картофель, клевер и сельдерей. Для трёх из них урожайность превысила эталонную: пшеница и картофель выиграли по 3% (так что суммарная эффективность землепользования поднялась до 186%), сельдерей - 12%. Урожайность клевера составила 92% от эталонной.
Более эффективно использовать земли, таким образом, возможно, но установка фотоэлектрических панелей, тем более на большой высоте - удовольствие не из дешёвых. За сколько лет удастся окупить затраты в реальном коммерческом проекте? Этот вопрос сейчас активно обсуждается в специальной прессе.
Разные конфигурации
Взглянем на конфигурации солнечных электростанций для агроэнергетики. В Национальной лаборатории возобновляемой энергетики (NREL) в США их делят на две большие группы - «приподнятые» (elevated) и «междурядные» (inter-row). В первом случае фотоэлектрические панели находятся над рядами растений, во втором, как следует из названия конфигурации, - между ними.
«Приподнятая» конфигурация подходит, как считается, не столько для картофеля или пшеницы, сколько для ценных культур, нуждающихся в защите от непогоды, - капризных овощей, ягод, винограда, низкорослых плодовых деревьев. Панели действительно способны смягчить буйство стихии, однако в солнечную погоду они отбрасывают тень, которая на одни культуры влияет негативно, а на другие, наоборот, благотворно, иногда - различным образом в зависимости от периода вегетации, и всё это необходимо учитывать.
Под панелями должно оставаться достаточное пространство как для самих растений, так и для сельхозтехники. Пяти метров, как в Хеггельбахе, хватает с большим запасом, но при этом панели трудно обслуживать; в других проектах высота меньше - по данным NREL, она начинается от шести футов (1,8 м). Возможное решение - поворотный механизм, который во время работы техники будет переводить панели в вертикальное положение, а в обычном режиме менять их наклон, обеспечивая оптимальное соотношение освещённости растений и выработки энергии; автоматизированное управление таким механизмом - отдельная непростая задача, её решение также обсуждается.
Если в «приподнятой» конфигурации фотоэлектрические панели и растения конкурируют между собой за солнце, то в «междурядной» идёт конкуренция за землю. Солнечные панели устанавливаются в междурядьях, которые делаются более широкими, чем на обычном поле, - такими, чтобы помещались панели и оставалось место для проезда сельхозтехники, - поэтому меньше площади остаётся для растений. Зато панели не загораживают им солнце (и почти не защищают от непогоды), так что всё получается значительно проще и дешевле. Эта конфигурация используется с неприхотливыми культурами, такими как травы, зерновые и корнеплоды.
инсоляцию растений
Существует, кроме того, вариант для пастбищ, где солнечные панели приподняты над травой на небольшую высоту, чтобы не мешать траве расти, а животным - её щипать. Это хорошая конфигурация и для так называемой эковольтаики (ecovoltaics), когда открытый травянистый участок с установленными на нём панелями оставляется без иной эксплуатации: там живут насекомые-опылители и другие виды животных, которые нужны для успешного хозяйствования и просто для сохранения биоразнообразия.
Ещё две опции стоят особняком - это панели на крышах теплиц и двусторонние вертикальные панели, которые не мешают ни растениям, ни животным, ни сельхозтехнике, но вырабатывают мало энергии.
Продолжение читайте, щёлкнув здесь.
Читайте другие наши материалы
