Агровольтаика: як підвищити врожайність за допомогою сонячних панелей

Освітлення вулиць і електропостачання будинків сонячними панелями – для українця хоч і дивовижна, але все-таки реальність. А ось про можливості застосування фотоелектричних технологій для інтенсивного ведення сільського господарства у нас поки відомо мало. Агровольтаика, як концепція подвійного використання орних земель для генерації сонячної електрики і вирощування рослин, в світі просувається з початку 80-х років. Перші прототипи ферм з PV-модулями з'явилися в Японії в 2004. Зараз напрямок на стику фотовольтаїки і агрономії активно розвивається в азіатських країнах, Німеччині та Італії.

Наскільки ефективні агровольтаические (APV) ферми

Традиційно сонячні електростанції будують на непридатних для землеробства ділянках: територіях відпрацьованих кар'єрів, сміттєвих полігонів, скотомогильників і так далі. Необхідність відводити великі площі під електрогенеруючі установки вважається одним з головних недоліків фотоелектричних систем. У той же час трирічні дослідження вчених Гогенгеймского університету показують, що поєднувати електрогенерації і фермерство можна і потрібно. У ході пілотного проекту APV-RESOLA інженери Фраунгоферского інституту сонячних енергетичних систем на частини експериментальних орних угідь спроектували і побудували фотоэлектростанцию на 194 кВт. Для вільного пересування сільськогосподарської техніки сонячні панелі встановили на висоті 5 м над землею.

На тому ж ділянці між опорними металоконструкціями висадили різні агрокультури. У результаті врожайність конюшини знизилася на 5%, пшениці, картоплі та селери – на 20%. Вироблення електрики фотомодулями також зменшилася до 80%. Але якщо порівнювати загальні результати на двох гектарах з традиційним поділом (одне поле відведено під сільськогосподарські культури, другу – під сонячні панелі) і комбінованим землекористуванням, виявиться, що продуктивність APV ферм вище в 1,6 разів. Спостережуване збільшення сумарного товарного виробництва при зниженні електрогенерації і врожайності окремо вчені охрестили «парадоксом агровольтаики».

Переваги комбінованого землекористування

В Італії дослідженнями в області агровольтаики займаються в провінції П'яченца. На розташованій там фермі Монтічеллі д Огина агрономи отримують більший врожай пшениці за рахунок, як вони вважають, затінення від сонячних панелей. До аналогічного висновку прийшли французькі вчені Національного інституту сільськогосподарських досліджень (INRA). На півдні Франції в передмісті Монпельє вони організували експериментальну APV ферму, розмістивши фотопанелі на висоті 4 м. Основною метою вчених було визначити оптимальну ступінь затінення від PV-модулів для отримання максимальної врожайності. Як виявилося, багато ягідні та овочеві культури краще всього ростуть у півтіні. Є у 50-відсоткового затінення ще один плюс – зниження грунтового випаровування на 14-29%.

До достоїнств APV ферм можна віднести і їх спроможність генерувати електроенергію понад власних потреб. Так, три досвідчених комплексу в Італії – Вірджіліо, Кастельветро Пьячентино, Монтічеллі д Огина – разом виробляють 6,65 МВт. Близько 30% цієї генерації йде на електропостачання довколишніх об'єктів. Рентабельність сонячних батарей, встановлених на полях, також підтверджують численні дослідження, проведені в Китаї, Індії, США. В Японії у розвитку агровольтаики бачать мелиорационную міру по усуненню наслідків фукусімській ядерної трагедії.

Які завдання вирішує агровольтаика

Зараз одне з найвигідніших напрямків діяльності для українських аграріїв – вирощування ріпаку. Насіння олійної рослини експортуються в Євросоюз, де переробляються на біодизель. Однак етично відводити землі під вирощування біомаси в умовах нестачі продовольства в світі? Тим більше що ріпак поглинає багато поживних елементів, а вітчизняні фермери в гонитві за миттєвою вигодою рідко дотримуються правил сівозміни. У підсумку родючі чорноземи поступово перетворюються в неживий піщаник. Можливим виходом із ситуації могла б стати повна електрифікація сільського господарства з застосуванням технологій агровольтаики. APV ферми генерують достатньо енергії для зарядки електричної техніки і транспорту. Що стосується біотехнологій, то їх доцільніше використовувати для переробки відходів сільськогосподарського виробництва.

З допомогою агровольтаики успішно вирішуються й інші завдання. Сонячні батареї можна застосовувати для:

• забезпечення дозованого та крапельного поливу;
• закачування води в резервуари для водопостачання;
• управління рівнем сонячної радіації, що надходить до рослин;
• створення оптимального затінення і, як наслідок, підвищення врожайності на 30-70%;
• контролю і корекції вмісту вологи та поживних речовин у грунті.

Нижче наведені схеми фотоелектричних систем для локального поливу і денного накопичення води.

Крім іншого, використання сонячних технологій в сільській місцевості дозволяє вирішити проблему нестачі питної води. Вчені університету Буффало розробили дешевий, і в той же час продуктивна сонячний парогенератор (SVG) – портативний пристрій, що очищає і опресняющее воду в процесі випаровування. Удосконаливши систему фільтрації, розробники SVG підвищили ефективність перетворення сонячної енергії з 40% до 88%. Свої водоочисники на сонячних панелях є і в Індії. У березні 2018 там встановили п'ять генераторів загального користування, здатних очищати до 400 л води. Такі пристрої, на думку індійського міністра науки і технологій Харша Вардхана, значно знизять рівень захворюваності від відсутності безпечної питної води. Таким чином, агровольтаике, без сумніву, знайдеться місце і в посушливих регіонах з подсоленными або забрудненими ґрунтовими водами.

Перспективи агровольтаики в Україні

APV ферма, яка є одночасно і продуктивним агрохозяйством, і системою електро - і водопостачання, і станцією зарядки сільськогосподарської техніки, на перший погляд здається ідеальною моделлю для нашої країни. Але в реальності для поширення агровольтаических технологій існує маса перешкод. В Україні не можна розміщувати електрогенеруючі установки на землях сільськогосподарського призначення. Для таких об'єктів не передбачено оформлення «зеленого» тарифу.

Частково поліпшити ситуацію могло б прийняття закону про спрощення процедури землевідведення для будівництва енергооб'єктів. Відповідний проект вже вносився на розгляд Верховної Радою в жовтні минулого року, але так і не подолав бар'єри законодавчого органу. Просування агровольтаики заважають не тільки чиновники, але і фермери, які звикли працювати по-старому. Багатьох аграріїв цілком влаштовує можливість швидкого збагачення на експортованому ріпаку. Однак прогрес неминучий: в умовах, коли чисельність населення перевищить 9 млрд до 2050 року, є тільки один варіант розвитку – максимально інтенсифікувати сільське господарство, задіявши усі можливі ресурси, в тому числі і енергію сонця.

Будуйте з професіоналами!

ECOTECH UKRAINE