Solární skleník (foto: chinahbzyg, Shutterstock)
Přidat na Seznam.cz Přidat na Google News

Agrivoltaika: maximalizace potenciálu zemědělské půdy

Lidská potřeba maximálního zužitkování půdy vedla k novým postupům, v nichž spolupůsobí rostlinná či živočišná produkce a výroba elektrické energie. Výsledkem je nová technologie – agrivoltaika. Jde o fenomén, jenž napomáhá zvýšit výnosy jak zemědělcům, tak provozovatelům fotovoltaických elektráren. Pozitivní výsledky, které lze najít na celém světě, mluví za vše.

Na sociálních sítích jsem náhodou narazila na fotografie fotovoltaické elektrárny, která disponovala bohatým zeleným podrostem. Důkladnější výzkum mě přivedl k sepsání článku pojednávajícího o poměrně novém globálním fenoménu zvaném agrivoltaika. Tento pojem jako logické spojení slov agrikultura a fotovoltaika v praxi slučuje zemědělství a výrobu energie ze solárních zdrojů. Nejde o úplnou novinku, podobná myšlenka se objevila už na počátku osmdesátých let minulého století, ovšem samotný termín agrivoltaika je využíván od roku 2011, kdy se prvně objevil v odborném článku zabývajícím se právě solárními technologiemi ve spojení s pěstováním zemědělských plodin.

foto: Youtube, Sun‘Agri

Princip

Hlavním principem agrivoltaiky je snižování uhlíkové stopy, kterou za sebou zanechávají fotovoltaické elektrárny. Vedle problematického složení panelů, jež zapříčiňuje poměrně komplikovanou budoucí recyklaci (finální produkt je vedle křemíkových článků tvořen sklem nebo plasty, dále hliníkem, stříbrem, mědí, nebezpečným olovem, a v některých případech dokonce kadmiem), a skleníkových plynů, které jsou produkovány během zpracovávání křemíku při výrobě fotovoltaických článků, hraje roli i to, že elektrárny pokrývají značně rozsáhlý půdní fond, jenž kvůli tomu povětšinou leží ladem. Pokud však pozemky pod panely osadíme zemědělskými plodinami, znásobíme jejich výnos a zčásti kompenzujeme negativa fotovoltaické elektrárny.

Fotovoltaické panely chrání rostliny na poli před ostrým slunečním zářením – odstíní až 75 procent přímé viditelné složky slunečního záření. Je také zpomalen odpar dešťové vody z půdy a snížena spotřeba vody na zálivku. Rostliny jsou schopny delší fotosyntézy, potažmo rychlejšího růstu. Vybrané typy panelů zároveň fungují jako štít – třeba před kroupami (foto: Youtube, Sun‘Agri)

Vzájemná výpomoc

Zemědělská výroba se s produkcí elektřiny vzájemně podporují. Panely chrání rostliny před dopadem často velmi ostrého slunečního záření – odstíní až 75 procent přímé viditelné složky slunečního záření (zbytek je přitom pro vývoj mnohých rostlin dostačující, ne-li ideální). Je zpomalen odpar dešťové vody z půdy a snížena spotřeba vody na zálivku. Farmář ocení, že pěstovaná plodina není vystavována teplotním šokům, množství vlhkosti v půdě je udržováno na stabilní úrovni po celou dobu jejího života, a rostliny jsou tak schopny delší fotosyntézy, potažmo rychlejšího růstu. Vybrané typy panelů zároveň fungují jako štít před nepříznivými povětrnostními jevy, jako jsou krupobití či silný vítr. Nejen rostliny a jejich majitelé z toho však profitují. Díky výparnému teplu pocházejícímu z rostlin umístěných pod elektrárnou těží ze systému i fotovoltaika. Celá konstrukce je totiž ochlazována, díky čemuž vzrůstá energetický výkon článků.

Limity

Agrivoltaika nemusí být vhodným řešením pro každého zemědělce. Latifundisté aplikující monokulturní zemědělství, kteří se ve svém podnikání neobejdou bez těžké techniky, ne vždy do cílové skupiny zapadnou. Také ne každou plodinu je vhodné zastínit. Komplikovanější je i kohabitace fotovoltaických panelů a ovocných sadů. Výška fotovoltaické konstrukce musí být v takových případech vyšší, aby stromy nebránily průniku paprsků k povrchu panelů (což zvyšuje jejich pořizovací cenu). Všeobecné výhody pro menší hospodáře jsou však nesporné. Například v americké Arizoně byl díky výzkumu prokázán dvojnásobný výnos při pěstování cherry rajčat ve stínu fotovoltaických panelů. Velmi efektivní je pod panely pěstovat také saláty, chmel, brambory, kukuřici, jetel a mnoho dalšího. Leč třeba slunečnice je pro agrivoltaické účely nevhodná.

Jedna ze světových velmocí v oboru agrivoltaika je Francie. Velmi časté je zejména využití solárních skleníků (foto: @solarinnova)

Oboustranná svislá i dynamická fotovoltaika

Meze systému popsané v předchozím odstavci však nejsou neměnné. Důkazem jsou i solární panely, které lze na polích instalovat nejen v horizontálně šikmých polohách, ale i svisle. Druhý jmenovaný způsob představuje oboustranné panely, jejichž přínos je patrný zejména na pozemcích, kde jsou pěstovány rostliny, k jejichž prospívání je nutné zajistit celodenní oslunění. Svislé panely mohou oddělovat menší lány polí (8–15 m široké), a sloužit tak jako nástroj k oddělení různých plodin a nepřímá podpora biodiverzity. Ve volných pruzích mezi panely je také možné omezeně používat zemědělskou techniku. Mimo zemědělství je tento druh fotovoltaických elektráren využíván též jako součást protihlukových stěn.

Zvýšení výkonnostní efektivity agrivoltaického systému nabízí i francouzská společnost Sun'Agri. Devízou jejích produktů je dynamika, a sice inovativní systém přednastavených panelů automaticky reagujících na aktuální situaci (poloha slunce, počasí). Chrání tak rostliny nejen před intenzivním sáláním slunce v létě, ale například i před jarními mrazíky či větrem. V kombinaci s ochrannými sítěmi snižuje též riziko poničení úrody hmyzími či ptačími škůdci. Konstrukce systému je navíc plně kompatibilní s těžkou zemědělskou technikou.

Ve volných pruzích mezi panely je většinou také možné používat i zemědělskou techniku (foto: Jenson, Shutterstock)

Živočišná výroba

„Sklízení” solární energie lze sdružovat i s živočišnou výrobou. V zahraničí je často aplikován systém, v němž je tráva na pozemku elektrárny udržována v přiměřené výšce díky stádu ovcí, které ji spásají. Není tak potřeba postřik herbicidy ani sekání, což majitelům pozemku přináší významnou finanční úsporu. Regulace vegetace je přitom opravdu nezbytná; nadměrně vysoká tráva by zasáhla do prostoru panelů, a tím snižovala solární zisky. Na oplátku poskytují panely ovcím stín. Ovce jsou pro tyto účely prozatím vyhodnocovány jako jedny z mála vhodných hospodářských zvířat. Krávy jsou příliš vysoké, kozy by mohly po panelech šplhat či žvýkáním přerušit spojovací dráty a koně jsou velmi vybíraví, co se potravy týče.

Zajímavý projekt (produkce „solárního medu”) probíhá i v obci Ramsey v americké Minnesotě. Od roku 2017 tam dochází k fúzi lokálního včelařského řemesla s provozem fotovoltaických elektráren. Pod panely byla vysázena speciální směs travin a květů, jež je uzpůsobena k maximálnímu uspokojení včelstev, jejichž úly byly vystavěny na tomtéž místě. Množství projektů tohoto typu v USA permanentně narůstá.

Spásání trávy pod fotovoltaickými panely ovcemi eliminuje potřebu postřiku pozemku herbicidy i sekání, což majitelům pozemku přináší významnou finanční úsporu (foto: Jenson, Shutterstock)

Světoví zástupci

Z evropských průkopníků agrivoltaiky je na špičce zejména Francie. Vývojem v oboru se zabývá i společnost Tenergie, jež v roce 2017 uvedla na trh zdokonalenou verzi solárního skleníku. Jeho konstrukce se skládá ze střechy tvořené vlnitým polykarbonátem rozptylujícím intenzivní sluneční světlo. Na jižních „svazích” střechy jsou umístěny fotovoltaické panely. Na východní polokouli pak v rámci agrivoltaických technologií dominuje Japonsko, o čemž svědčí více než tisícovka realizací tohoto typu z let 2004 až 2017. Významným západním stoupencem fenoménu jsou též Spojené státy americké, na jejichž území probíhá nespočet výzkumů a realizací agrivoltaických systémů. V České republice jde prozatím o téma diskutované spíše na teoretické úrovni, konkrétní případy agrivoltaického systému se objevují zatím sporadicky a v menším měřítku.

Solární zahrady

Je logické, že potenciál agrivoltaiky je možné využít na maximum především na velkých orných plochách. Internet však nabízí i zmínky o menších realizacích, například o solárních zahradách. Jde o menší či větší pobytové louky plné květů a volně, či dokonce divoce rostoucích rostlin, které zčásti pokrývají „deštníky” tvořené fotovoltaickými panely. Ty zmírňují žár slunečních paprsků, ale zároveň nezabraňují průniku světla. Rostliny pak obohacují prostor i díky tomu, že se stávají domovem a potravou mnoha druhů hmyzu včetně ohrožených motýlů či včel.

Soukromá zahrada v obci New Canaan v USA je doplněna fotovoltaickými moduly (foto: Brian Grubb)

Příkladná je třeba soukromá zahrada v lokalitě New Canaan v Connecticutu navržená krajinářským architektem Brianem Grubbem. Ten vysázel variaci trav a barevných trvalek právě na pozemek, který je zčásti pokrytý i vyvýšenými fotovoltaickými panely. Každá jednotlivá konstrukce, jichž je v místě několik, zahrnuje 15 panelů. Nosné tyče jsou v půdě ukotveny pomocí betonových patek. Spodní část panelů je z estetických důvodu natřena nabílo.

Na střeše univerzity BOKU ve Vídni je zřízena terasa osazená rozmanitým rostlinstvem, která je zčásti přikrytá pergolou zastřešenou fotovoltaickými moduly, foto: Tatwort Nachhaltige Projekte GmbH

Podobný projekt byl v rámci multidisciplinárního výzkumu realizován i u našich rakouských sousedů ve Vídni, na střeše univerzity BOKU. Tam byla zřízena pobytová terasa plná travin a celoročně kvetoucích rostlin doplněná o pergolu z lepeného dřeva a masivních sloupků, jejíž střecha je tvořena baldachýnem s fotovoltaickými moduly. Na konstrukci je jich celkem uloženo 48: 24 transparentních s výkonem 2,6 kWp a 24 neprůhledných o výkonu 3,1 kWp. Zabírají plochu 9 × 6 metrů. Dešťová voda, která na panely dopadne, je pomocí trubek umístěných v rohových sloupcích konstrukce odváděna do substrátu živícího rostliny na střeše. Ten zachytí 70 až 100 procent ročních srážek. Tento střešní systém plní několik funkcí: poskytuje prostor pro odpočinek na čerstvém vzduchu studentům či vyučujícím, zlepšuje tamní mikroklima, čistí vzduch od CO2, zadržuje dešťovou vodu v místě dopadu, a navíc produkuje elektřinu z obnovitelného, solárního zdroje. Fotovoltaická konstrukce mimoto chrání prostor pod ní před nepříznivými vlivy počasí, jako jsou kroupy. Vysázené rostliny filtrují prach, který produkuje městská doprava. Teplota na terase je průměrně o tři až pět stupňů Celsia nižší než v okolí budovy. Systém je tak jedním z možných řešení takzvaných městských tepelných ostrovů.

Související články

Autor: Bc. Helena Široká
Foto: archiv redakce - viz. popisky fotografií