Fotovoltaika v posledních desetiletích prudce zlevnila, půda – především ve vyspělých zemí – naopak zdražuje. Dává tedy smysl najít řešení, které by mohlo vzácného statku efektivně využít nějakým vhodným doplňkem. V posledních letech se tak začíná hlasitěji mluvit o konceptu, který umožní z půdy, přesněji zemědělské půdy, získat více díky levné elektřině ze Slunce: agrofovolotaice.
Především ve vyspělých evropských zemích, které se všechny potýkají s komplikovanými otázkami kolem rentability zemědělství při zachování ohledů na krajinu a půdu, které hlavně v Evropě není nazbyt (v USA je situace poněkud odlišná). Myšlenka je prostá: hospodáři by mohli získat nový zdroj příjmů, který by zároveň pomohl při kýženém přechodu k nízkouhlíkové energetice.
Nesmělé krůčky
Řekněme si rovnou, že rozvoj je opravdu nesmělý a jen pomalu nabírá dech. Prvním zajímavějším experimentem v našem okolí je pilotní projekt Fraunhofeova ústava pro solární energetické systémyse nedaleko Bodamského jezera. Na ploše o velikosti 0,34 ha je instalována FVE na pět metrů vysoké konstrukci. Celkový instalovaný výkon je 194 kW. Nainstalovány jsou tu oboustranné panely, které vyrábějí elektřinu i z odraženého slunečního záření od zemského povrchu.
Projekt má poměrně jednoduchý cíl: porovnat růst stejných plodin na dvou referenčních plochách. Jedna plocha má nad sebou konstrukci s panely, ta druhá je běžné pole s běžným způsobem hospodaření. Porovnání dvou těsně spolu sousedících ploch poskytuje nejrelevantnější výsledky.
Jak se ukazuje, rozdíly mohou být poměrně značné a do značné míry závisí na lokálních podmínkách a na počasí v daném roce. Projekt byl zahájen v roce 2017, kdy byla úroda pod fotovoltaiku o téměř pětinu (přesněji o 18 %) nižší než na sousední kontrolní ploše. V roce 2018, který byl výrazně slunečnější a sušší než rok předchozí, byl rozdíl výrazně menší. A úroda některých plodin byla dokonce na zastíněné ploše cca o desetinu vyšší. Za suchých let tedy mohou panely mít dvojí pozitivní efekt: nejenom vyrábějí „zelenou“ energii, ale jejich stín také brání vysychání půdy.
Vinařům by se hodil stín?
Výsledky se samozřejmě liší rovněž podle plodiny a klimatu. Dobrý příkladem je vinařství Piolenc na jihu Francie. To je součástí pilotního projektu společnosti Sun’Agri, která na tomto místě testuje využití fotovoltaických systémů ve spojení s pěstováním vína, přesně řečeno tedy vinné révy.
Jde o malý projekt. Na ploše 600 m2 se réva pěstuje pod fotovoltaickými panely. Ty jsou samozřejmě poměrně malé a je mezi nimi dost místa, aby réva měla dostatek slunce. Celkový výkon elektrárny je tedy jen 84 kW. Stejný byste poměrně snadno mohli získat například z instalací na střechách řekněme 20 rodinných domků (v ČR je průměrný výkon střešní instalace pod 4 kW).
Projekt je to malý i v dalším ohledu: konstrukce je pouze něco přes čtyři metry vysoká, protože vinná réva se obhospodařuje výrazně menšími stroji než běžné zemědělské plodiny. Pro zajímavost, v částečném zastínění se na vinici sleduje odrůda Grenache Noir, jedna z nejrozšířenějších odrůd červeného vína na světě, která tvoří velkou část (80 %) vína typu Châteauneuf-du-Pape.
Réva je v mnoha ohledech pro agrofotovoltaiku vhodná plodina. Potřebuje sice slunce, ale v jižní Francii ho má více než dost. Zastínění nemá žádný negativní vliv na kvalitu hroznů, protože vinná réva nepotřebuje 100 % slunečního záření, které v této zeměpisné šířce na zem dopadá (samozřejmě v severnějších šířkách by to mohl být problém).
Naopak, v posledních horkých letech zastínění spíše pomohlo, protože podle průběžných výsledků tohoto experimentu se snížila potřeba vody pro růst rostlin o 22 %. A to především proto, že díky zastínění půda na vinohradu ztrácela méně vody. Rostliny z takovýchto instalací by tedy mohly být o něco odolnější vůči vlnám suchých období s nedostatkem dešťových srážek.
Instalace využívá natáčecí panely, které mají zvyšovat množství zachyceného světla. To je technologie, která se uplatňuje spíše jen příležitostně. Výroba energie je obecně řečeno odvětví s poměrně nízkými maržemi a jednoduchost a nižší cena téměř vždy vítězí. V tomto případě ovšem by mohla najít své opodstatnění, protože sklon panelů určuje řídicí software podle meteorologických podmínek tak, aby množství dopadajícího světla co nejvíce vyhovovalo rostlinám pod nimi.
Produktivní ploty
Vysoké konstrukce nad ornou půdou mají své nevýhody. Jednou z nich je cena, která je u nich podstatně vyšší než u běžných panelů na nízkých konstrukcích, jež nejen spotřebují méně materiálu, ale také se pohodlně stavějí přímo ze země. Uvažuje se – a někdy se již zkoušejí – i elektrárny, které se bez nich obejdou. Německá společnost Next2sun tak například postavila elektrárnu o celkovém instalovaném výkonu 2 MW na zemědělském pozemku nedaleko města Eppelborn na západě Německa, která má panely v podstatě až na úroveň země. Jak je to možné?
Panely jsou totiž umístěny v podstatě v podobě velkých vertikálních kolmých „stěn“, které se táhnou napříč celým pozemkem. Při pohledu z větší dálky budou působit podobně jako konvenční fotovoltaické elektrárny. Ve skutečnosti je však využití plochy půdy výrazně menší a panely a konstrukce, na které stojí, vlastně pokrývají zhruba jedno procento z celkové plochy.
Celá elektrárna tak má samozřejmě nižší účinnost, ale Next2sun to chce kompenzovat jiným „trikem“. Používá oboustranné panely, které mohou přijímat světlo z obou stran. To za běžných okolností pomáhá zvyšovat výkon o světlo odražené od země, v tomto případě tomu však není. Panely jsou totiž orientovány spíše severo-jižním směrem. Jinak řečeno, panely vyrábějí nejvíce po ránu a poté k večeru.
Firma tak chce nejen zjednodušit konstrukci a uvolnit půdu, ale také se vyhnout konkurenci jiných fotovoltaických výroben. Její provoz má mít nejvyšší výrobu v době, kdy jiné solární elektrárny vyrábějí nejméně a ceny na trhu jsou tedy vyšší (to je problém kachní křivky, jak se nesoulad mezi špičkami ve spotřebě a výrobou OZE obecně označuje). Podle Next2sun je na ploše takové elektrárny možné využít na pěstování krmiva, jako pastvy, či pěstování zemědělských plodin.
Všechny provozovny společnosti jsou ovšem relativně nové, například Eppelborn funguje od roku 2018 (společnost zprovoznila ještě větší elektrárnu s výkonem cca 4 MW, ale to až v roce letošním). Zkušeností tedy není mnoho, a ještě méně je těch nezávislých. Podle údajů uváděných na jejich webových stránkách je elektrárna z vertikálních panelů poměrně efektivní.
Z jednoho MW instalovaného výkonu se údajně vyrobilo během roku kolem 1000 MWh elektrické energie. To je podobné jako z běžných instalací v našich zeměpisných šířkách, a tedy jde spíše o překvapivě dobrý výsledek. Samozřejmě, k dosažení výkonu jsou nutné oboustranné (tzv. bifaciální) panely, které jsou zase o něco dražší než panely běžné (s tím, že rozdíl ovšem bude patrně klesat). To by však mohly do jisté míry kompenzovat vyšší ceny prodané elektřiny, pokud by se skutečně podařilo velkou část výroby soustředit do ranních či večerních hodin.
V Česku se zatím projekty pouze přivravují. Stejně jako v některých jiných oborech, i v případě je problém s legislativou, který podobný koncept zatím nezná. Ale situace by se snad mohla v tomto ohledu v dohledné době změnit. O vývoji vás budeme informovat.
