Oprócz targów EuroTier i »Inhouse Farming Feed & Food Show oraz «Fotowoltaiki bioróżnorodności" i transformacji energetycznej oraz bioróżnorodności, a także Agri-Fotowoltaiki, będzie również wiele o zmianach klimatu i optymalizacji plonów dzięki głębokiemu uczeniu się.
Farmy słoneczne
Energia elektryczna i bioróżnorodność obok siebie na polu? Farmy słoneczne mogą być budowane w celu integracji upraw i środowiska naturalnego, co może stanowić cenny wkład w ochronę różnorodności biologicznej. Agrofotowoltaika, czyli podwójne wykorzystanie gruntów rolnych zarówno pod uprawy, jak i energię słoneczną, to aktualny temat, który zostanie omówiony na EnergyDecentral 2024 w Hanowerze w Niemczech w dniach 12-15 listopada. Nowoczesne systemy montażu modułów ze specjalnymi panelami umożliwiają jednoczesną uprawę roślin i produkcję zrównoważonej energii elektrycznej na gruntach rolnych.
Różnorodność technologii fotowoltaicznych
Odwiedzający EnergyDecentral będą dyskutować o tym, jak zrównoważone rolnictwo może wyglądać w przyszłości, jeden termin prawdopodobnie będzie się powtarzał: Agrofotowoltaika, w skrócie "Agri-PV".
– Odnosi się to do gruntów, które mogą być wykorzystywane zarówno do rolnictwa, jak i wytwarzania energii słonecznej – wyjaśnia Marcus Vagt, kierownik projektu w EnergyDecentral. – Ambitne niemieckie cele w zakresie ochrony klimatu można osiągnąć tylko wtedy, gdy "skupimy się na całej różnorodności technologii fotowoltaicznych i będziemy promować ich ekspansję – dodaje Vagt.
Pogląd ten podziela Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE. Naukowcy z Fryburga w Niemczech szacują, że moc zainstalowana w Niemczech dla samych agrowiatraków wynosi około 1700 gigawatów. Mniej więcej cztery procent niemieckich gruntów rolnych wystarczyłoby do pokrycia obecnego zapotrzebowania na energię elektryczną w Niemczech.
Systemy dla roślin odpornych na 15-procentowy cień
Ze względu na wysokość od czterech do sześciu metrów, tak usytuowane systemy nadają się do roślin odpornych na cień, które mogą być uprawiane tam, gdzie obecnie umieszczane są siatki przeciwgradowe lub folie ochronne. Dzięki półprzezroczystym modułom systemy te zapewniają wystarczającą ilość światła do fotosyntezy. – Uprawy z kolei korzystają z ochrony zapewnianej przez moduły słoneczne – wyjaśnia prof. dr Andreas Schweiger z Uniwersytetu Hohenheim w Niemczech, gdzie kieruje projektem badawczym »SynAgri-PV« dotyczącym roślinno-ekologicznych aspektów systemów Agri-PV. – To właśnie w cieniu wiele roślin zaczyna zwiększać wzrost aktywnych fotosyntetycznie liści nadziemnych. Jest to istotne na przykład w przypadku sałaty, ponieważ ta część rośliny ma znaczenie komercyjne – wyjaśnia Lisa Pataczek, pracownik naukowy w zespole projektowym.
Jednak potencjał ten różni się w zależności od warunków klimatycznych i zależy od roślin uprawianych w takich systemach podwójnego użytkowania gruntów. – Większość badanych do tej pory upraw toleruje do 15% zacienienia bez znaczącej utraty plonów –podkreśla Schweiger. Na przykład, jagody, owoce i warzywa owocowe odnoszą korzyści z zacienienia, podczas gdy plony roślin pastewnych, bulw i roślin okopowych, a także większości zbóż, cierpią w minimalnym stopniu. Z drugiej strony, kukurydza, fasola, soja i łubin doświadczają większych strat w plonach.
Agrowiatry obiecującą opcją na obszarach podatnych na suszę
Ale ta forma wytwarzania energii może zdziałać jeszcze więcej. – Gdy brakuje wody, rośliny korzystają z mniejszego parowania, a tym samym mniejszej utraty wody: plony są wyższe niż na obszarach niezacienionych – mówi Pataczek. Z perspektywy badaczy, ten stabilizujący wpływ na plony sprawia, że agrowiatry są obiecującą opcją na obszarach podatnych na suszę. – Technologia ta nie tylko pomaga łagodzić skutki zmian klimatycznych w regionach już sklasyfikowanych jako suche – wyjaśnia Schweiger i dodaje – Będzie ona szczególnie ważna dla regionów, które w przyszłości staną w obliczu rosnącego niedoboru wody.
Moduły fotowoltaiczne oraz systemy obsługi i konserwacji
Na targach Energy Decentral 2024 wystawcy zaprezentują różnorodne standardowe rozwiązania składające się z modułów fotowoltaicznych, konstrukcji montażowych oraz systemów obsługi i konserwacji, które można dostosować do potrzeb różnych upraw w różnych strefach klimatycznych i obszarach rolniczych. W przeciwieństwie do konwencjonalnych modułów monokrystalicznych, które są statycznie zorientowane w kierunku nieba, pionowo zainstalowane moduły bifacjalne, czyli panele obustronne, które mogą produkować prąd zarówno z jednej, jak i z drugiej strony. Przechwytują one bezpośrednie światło słoneczne na przedniej i tylnej szybie i przekształcają je w energię elektryczną.
Analitycy branżowi ogólnie zgadzają się, że koncepcje pionowe i ruchome trackery słoneczne będą dominować na gruntach ornych w dłuższej perspektywie. Te ostatnie dynamicznie sterują panelami słonecznymi, dzięki czemu są one zawsze ustawione pod optymalnym kątem do słońca. Obszar bezpośrednio pod trackerem (to urządzenie będące połączeniem odbiornika GPS i telefonu komórkowego) można wykorzystać do promowania bioróżnorodności, na przykład sadząc pas kwiatów.
Optymalna wydajność dzięki głębokiemu uczeniu się
– Widzimy ogromny potencjał dla systemów śledzących z doskonale skoordynowanymi algorytmami śledzenia, szczególnie w dziedzinie agrowoltaiki z wieloma różnymi uprawami i systemami – mówi Hannes Elsen, Product Manager w Zimmermann PV. W ramach projektu badawczego "DeepTrack" firma z Eberhardzell zbudowała zatem śledzony system PV na polu testowym Fraunhofer ISE we Fryburgu w Niemczech. Na tej podstawie konsorcjum projektowe opracowało cyfrowego bliźniaka, który łączy narzędzia do monitorowania i modelowania z prognozami pogody dzięki głębokiemu uczeniu się.
– W pierwszym kroku opracowaliśmy sekwencje sterowania, które były ukierunkowane na optymalny uzysk energii elektrycznej z dwupłaszczyznowych modułów słonecznych lub dokładnie na potrzeby konkretnej instalacji w ramach agrivoltaiki – wyjaśnia dr Matthew Berwind, lider zespołu we Fraunhofer ISE. Następnym krokiem jest teraz połączenie tych dwóch podejść. – Obliczenie tego najlepszego punktu jest trudne, ale możliwe dzięki naszej koncepcji opartej na sztucznej inteligencji – mówi Berwind. Do początku 2025 r. naukowcy chcą udoskonalić i zweryfikować cyfrowego bliźniaka przez ciągłe porównywanie go z rzeczywistymi danymi dotyczącymi wydajności.
Otwarte przestrzenie szansą dla bioróżnorodności
– Ekspansja parków solarnych oferuje możliwość pozytywnego wpływu na bioróżnorodność w naszym krajobrazie kulturowym. Dobrze zaplanowane naziemne systemy fotowoltaiczne (PV) mogą stanowić schronienie dla różnych grup gatunków przez kilka dziesięcioleci – podkreśla Robert Busch, dyrektor zarządzający Niemieckiego Stowarzyszenia Nowej Gospodarki Energetycznej (bne). Obejmuje to na przykład szeroki nasłoneczniony pas między rzędami modułów i przepuszczalność wody między poszczególnymi modułami. W systemach fotowoltaicznych bioróżnorodności nie stosuje się również nawożenia ani pestycydów, lecz delikatną pielęgnację terenu bez ściółkowania. Jeśli fotowoltaika oparta na bioróżnorodności stanie się standardem, każdego roku dziesiątki tysięcy hektarów będą chronione pod kątem bioróżnorodności. Jednocześnie fotowoltaika oparta na bioróżnorodności jest atrakcyjna dla rolników: podczas gdy ziemia jest trwale tracona w tradycyjnych farmach słonecznych, jej status jako "gruntu rolnego" zostaje zachowany.
Projekty DLG dotyczące bioróżnorodności
DLG, organizator EnergyDecentral i EuroTier, jest aktywny w kilku projektach dotyczących bioróżnorodności, w tym "BioMonitor4CAP" (numer projektu 101081964) finansowanym przez program badań i innowacji Unii Europejskiej Horizon Europe, który ma na celu opracowanie, ocenę i przetestowanie niedrogich i niezawodnych systemów monitorowania bioróżnorodności do stosowania na gruntach rolnych. DLG jest również partnerem projektu "ConservES" dotyczącego badań nad zwiększeniem bioróżnorodności na intensywnie użytkowanych gruntach pszennych w czterech krajach Unii Europejskiej.
oprac. Jan Józefowicz, źródło: DLG
