Агровольтаїка: як це працює?

Цю технологію називають ще «дуальним фермерством»: одне й те саме поле використовується одночасно і для встановлення сонячних батарей, і для сільського господарства. І якщо для українських аграріїв це лише екзотична ідея, то в найбільш розвинутих країнах це вже практика. І не лише там, а й, наприклад, у сонячній і малоземельній Індії. Отже, що на практиці буває, коли сонячні батареї встановлюють на стовпах, щоб під ними вирощувати ті чи інші культури, випасати худобу чи, принаймні, встановлювати вулики  щоб земля не гуляла?

Сонячна енергія в комплексі з медоносами й пасікою

Родина пасічників Тревіс і К’яра Болтони тримають бджіл на… трьох «сонячних фермах» неподалік американського міста Мінеаполіс. «Сонячними фермами» у Штатах часто називають сонячні електростанції, які займають території, котрі за площею можна порівняти з ділянками багатьох фермерів. «Ми розташували вулики саме там, тому що ці ділянки були цілеспрямовано засіяні медоносами. Власники електростанцій вирішили на території під сонячними панелями відновити рослинність природного ландшафту даної кліматичної зони — прерій, тобто степове різнотрав’я”, — говорить Тревіс Болтон.

Природна рослинність замінила на сонячній електростанції дерново-гравійне покриття у 2016 р., коли набрали чинності нові стандарти штату Міннесота, які висували вимогу до власників ділянок створювати середовище, дружнє для комах-запилювачів. Тому в 2016–17 р. р. більш ніж половина 1600-гектарної площі «сонячної ферми» було засіяно медоносами, які не лише приваблюють комах-запилювачів, а й облагороджують територію електростанції.

Штат Міннесота займає передові позиції в плані стимулювання власників сонячних електростанцій до вирощування медоносів. Однак досліди з вирощування культур під сонячними панелями проходять у різних країнах світу. І скрізь культури ростуть непогано, а часом навіть краще, ніж на відкритому сонці.

Спочатку сонячна енергетика вимагала великих масивів землі, які виводилися з сільськогосподарського обігу. Тому для цих цілей намагалися знайти необроблювані землі. Сонячні батареї встановлювалися прямо над землею, а підготовка території включала викошування рослинності, вирівнювання та ущільнення грунту. «Тому це дивовижна можливість покращити сільське господарство і продовольчу безпеку одночасно з покращенням енергетичної безпеки і виробництвом «чистої» енергії», — говорить Джордан Макнік, аналітик Національної лабораторії відновної енергії, яка фінансує досліди з вирощування природної рослинності і сільгоспкультур на сонячних електростанціях.

Природна рослинність і сільськогосподарські культури на територіях «сонячних ферм» можуть покращити становище комах-запилювачів, яким загрожують скорочення природних кормових угідь, пестициди, погане живлення, хвороби, зниження генетичної різноманітності та низка інших факторів. В результаті поголів’я медоносних бджіл у США скоротилося з 5,7 млн сімей у 40-х роках минулого століття до  2,7 млн зараз. Тим часом економічний ефект від роботи запилювачів у тих же США оцінюється в $24 млрд щорічно.

Чим більше землі відводиться під сонячні електростанції, тим привабливішою з економічної та екологічної точки зору стає ідея робити ці території «дружніми для комах-запилювачів». Відновлення природної рослинності під сонячними панелями справляє позитивний вплив не тільки на територію самої електростанції, а й на прилеглі сільськогосподарські угіддя. Адже на них теж залітають комахи-запилювачі, збільшуючи продуктивність цих угідь. Природна рослинність стає прилистком для зникаючих видів комах і служить додатковою перешкодою для стікання дощових вод і ерозії грунту. Врешті, природна рослинність у поєднанні з сонячними батареями могла б просто візуально оживити монотонні безкінечні ряди сонячних панелей на електростанціях.

Перші досліди в рослинництві

Пілотні проекти агровольтаїки зараз реалізуються не лише у сонячних Арізоні, Китаї, Хорватії, Італії, Японії та Франції, а й у штаті Массачусетс та в Німеччині. Так, у шт. Массачусетс «дуальну ферму» влаштував університет штату, розташований у м. Амхерст. Тут іще в 2010 р. були встановлені сонячні батареї на висоті 2,45–2,7 м над землею і вище. Спочатку батареї встановлювали на стовпи заввишки 5,1 м і 20 см у діаметрі, які на 2,4 м вганяли в землю, щоб обійтися без бетонного фундаменту. Стовпи підтримують планки, на яких на рухомих основах встановлені сонячні батареї. Це дало змогу розсунути батареї на 0,6–1,5 м одна від одної, досліджуючи вплив на врожайність та стан культур різного ступеня розсіювання сонячного проміння, котре залежить від відстані між панелями.

Під сонячними батареями вирощують перець, боби, коріандр, помідори, мангольд, листовий салат, броколі та браунколь або кучеряву капусту. Збирання цих культур проводиться вручну. Якщо проміжки між сонячними батареями мають ширину 1–1,2 м, то врожайність культур практично така ж, як і на відкритому сонці.

Тут почали з двох рядів по 36 панелей у кожному, розташованих на висоті 2,7 м. З’ясувалося, що за інтервалу між панелями 105–120 см врожайність культур становила 90–95% від рівня, отриманого на відкритому сонці. Дослідники додали, що в регіоні дуже мало фермерів, які обмірковують ідею «дуального фермерства», а на практиці не застосовує поки що жоден.

Джеральд Палано, координатор проекту від міністерства аграрних ресурсів штату, сподівається, що стимулом для фермерів стане нова програма грантів для сільського господарства. Такі гранти вже передбачені, максимальний їх розмір — $100 тис.

Піонери агровольтаїки

Та в Німеччині агрофотовольтаїку стали розвивати раніше, ніж будь-де у світі — ще 30 років тому. Піонером цього напрямку став Адольф Гьотцербергер, який створив Фраунгоферівський інститут систем сонячної енергії. Інститут влаштував «дуальну ферму» на площі в третину гектара кілька років тому. Там сонячні батареї (всього їх 720) розташовані достатньо високо для того, щоб під ними проїжджали сільськогосподарські машини. Панелі двосторонні, тож вони уловлюють і сонячне випромінювання, відбите рослинами.

Під панелями і в якості контролю на відкритому сонці вирощували пшеницю, картоплю, селеру та конюшину. Затінення знизило врожайність конюшини на 5,3, а інших культур — на 18–19%. Але сонячна енергія, що використовувалася переробним підприємством та електричними сільгоспмашинами та обладнанням на фермі, дала змогу знизити витрати, що підвищило економічну ефективність використання угідь на 60%. Водночас команда дослідників не ризикує радити повторювати їхній досвід скрізь і на будь-яких площах. «Перед тим, як вивести технологію на ринок, нам потрібно продовжити аналіз техніко-економічних показників і пересвідчитися в можливості впровадження технології в інших природних зонах і на більших площах», — відзначив менеджер проекту Стефан Шинделе. Зокрема, вони планують провести досліди й на інших культурах. Крім того, німецькі вчені запропонували вирощувати на «дуальних фермах» біоенергетичні культури.

Експерименти поширюються

Аналогічні досліди проводять також у Хорватії, де Університет ім. Йосипа Юрая Штросмаєра в м. Осієк вирощує під сонячними батареями тіньовитривалі овочеві культури за органічною технологією на дослідній фермі, яку частково обслуговують працівники вузу. Сонячна енергія використовується для роботи поливних систем і сільськогосподарських машин та обладнання. Досліди в галузі агровольтаїки ведуться також в Австрії, в кількох місцях у Німеччині та в низці інших країн.

Особливий ефект від вирощування культур (мангольд, перець, помідори, авокадо та манго) під сонячними батареями спостерігався в Арізоні. Там рослини потребували вдвічі менше води, ніж на відкритому сонці. Сонячні батареї захищали рослинність від заморозків, згладжували коливання температур, продовжували строк вегетації, а температура на поверхні шкіри працівників у затінку сонячних батарей була на 25°С нижче, ніж на сонці, відтак люди працювали під сонячними батареями набагато охочіше. А дехто переконував, що й продукти, вирощені під сонячними панелями, смачніші, ніж під відкритим сонцем.

Однак не все так просто. Сонячні батареї та конструкції, на яких вони встановлені на висоті, коштують дорого. І один неправильний рух трактора може завдати збитків на сотні тисяч доларів. В місцевостях, де землі бракує, а ціни на електроенергію високі, як у Європі, «дуальні ферми» можуть бути привабливими з економічної точки зору. Натомість у США навряд чи це буде виправдано, поки ситуація на енергетичному та сільськогосподарському ринках не зміниться. Тамтешні науковці говорять, що існує багато способів співіснування сонячних електростанцій і сільського господарства на одній території, і, напевне, найбільш економічно ефективним стане відведення площ під сонячними батареями під медоноси. Вони додають, що фермери, чиї угіддя межують із «сонячними фермами», зацікавлені в тому, щоб на території останніх вирощували медоноси, бо комахи-запилювачі — це добробут фермерів.

За матеріалами закордонних видань

Переклав Богдан Малиновський, b.malinovskiy@univest-media.com