Potenciál agrovoltaiky v České republice
Od letošního roku umožňuje česká legislativa vznik agrovoltaických instalací. Následující text pojednává o principu jejich fungování, provozních parametrech i potenciálu uplatnění této technologie v podmínkách České republiky.
V červnu letošního roku byla přijata dlouho očekávaná novela zákona o ochraně zemědělského půdního fondu, která v Česku nově umožňuje kombinaci zemědělské produkce s výrobou elektřiny pomocí fotovoltaiky v rámci jednoho pozemku. Ve své podstatě tak umožňuje dvojí využití půdy. Výsledná prostorová a nákladová efektivita takového hospodaření závisí vždy na konkrétních podmínkách, které jsou dány především konfigurací a parametry solární elektrárny, druhem pěstované plodiny a lokalitou, kde se instalace nachází.
Samotný koncept pochází už z roku 1981, kdy němečtí fyzici Adolf Goetzberger a Armin Zastrow zveřejnili práci nazvanou On the Coexistence of Solar-Energy Conversion and Plant Cultivation. Studie řešila optimalizaci využití dopadajícího slunečního záření v závislosti na ročním období tak, aby bylo dosaženo maximální výroby elektřiny při co nejmenším zastínění obdělávané půdy pod fotovoltaickými panely. Její autoři za tímto účelem navrhli umístění panelů na vyvýšenou konstrukci.
Infobox: Fotosyntéza, bod světelného nasycení a výroba elektřiny
S přibývající intenzitou světla se rychlost fotosyntézy zvyšuje. V okamžiku, kdy se příjem a výdej CO2 vyrovná, nastává tzv. kompenzační světelný bod. Rychlost fotosyntézy pak dále roste až do bodu světelného nasycení, kdy se ustálí. Zvýšení intenzity světla nad tento bod již nepřináší další růst biomasy. Při vysokých intenzitách světla naopak dochází k destrukci fotosyntetického aparátu.
Světelná křivka fotosyntézy – závislost rychlosti fotosyntézy na intenzitě světla. Zdroj: Wikipedie
Při návrhu agrovoltaických instalací se pracuje s rozmístěním a polohou fotovoltaických panelů tak, aby se k pěstovaným rostlinám dostávalo optimální množství slunečního záření, nezbytné pro jejich růst. Rozdíl mezi celkovým množstvím dopadajícího záření a bodem světelného nasycení je posléze zužitkován pro výrobu elektřiny.
Zužitkování dopadajícího slunečního záření. Zdroj: Oldřich Sklenář
První praktické pokusy s agrovoltaikou se datují do roku 2004 v Japonsku. Od té doby se tento způsob výroby elektřiny etabloval v mnoha částech světa. Jen v Evropě dnes funguje více než 200 agrovoltaických instalací.
Nejčastější konfigurací je dnes buď umístění panelů na vývýšené konstrukci podobně jako v původním návrhu Goetzbergera a Zastrowa nebo oboustranné vertikální instalace umístěné v rovnoběžných řadách směřujících od jihu k severu, viz úvodní foto. Kromě toho se lze ale setkat i s panely umístěnými na ocelových lanech napnutých nad obdělávanými pozemky, agrovoltaickými skleníky nebo instalacemi, které využívají jedno i dvouosé trackování.
Zatímco u konvenčních pozemních fotovoltaických elektráren lze počítat s instalovaným výkonem přibližně 1 MW/ha, u agrovoltaických instalací se tato hodnota pohybuje v rozmezí od přibližně 0,3 do 0,7 MW/ha. Relativní výroba vztažená k zastavěné ploše dosahuje cca 25 (oboustranné vertikální instalace) až 63 procent (vyvýšené instalace) v porovnání s konvenčními elektrárnami.
Konkrétní konfigurace by měla být optimalizována i s ohledem na pěstované plodiny. Zatímco vyvýšené instalace dobře fungují ve spojení s pěstováním bobulovin nebo ovoce, oboustranné vertikální instalace je vhodné kombinovat s rostlinami, které jsou méně odolné vůči zastínění, jako jsou obilniny nebo kukuřice. Kombinovaná efektivita prostorového využití půdy se v praxi pohybuje v rozmezí od cca 104 až do necelých 180 procent v porovnání s konvenčním způsobem hospodaření, viz následující graf.
Potenciál agrovoltaiky v ČR a ve střední Evropě
V září byla zveřejněna studie vypracovaná think-tankem EMBER, která se zabývala potenciálem agrovoltaiky v zemích střední Evropy, respektive v Česku, Maďarsku, Polsku a na Slovensku. Za tímto účelem byla provedena prostorová analýza zohledňující dostupnou zemědělskou plochu, vzdálenost potenciálních přípojných bodů nebo nárazníkové zóny v blízkosti lesů, obydlí, liniových staveb apod.
Podle analýzy je rámci zmíněných zemí možné umístit agrovoltaické elektrárny o výkonu až 180 GW. Jen v samotném Česku by podle studie bylo možné instalovat 29,5 GW. Z toho 5,5 GW v podobě vyvýšených instalací a 24 GW ve formě oboustranných vertikálních instalací.
Denní průběh výroby konvenční fotovoltaické instalace (modrá) v porovnání s oboustrannou vertikální instalací (červená). Zdroj: ScienceDirect
Celková výroba agrovoltaických elektráren by ve středoevropském regionu mohla dosáhnout až 191 TWh elektřiny. Využití pouze 9 procent tohoto potenciálu by odpovídalo spotřebě elektřiny v sektorech zemědělství a zpracování potravin. Ta do budoucna pravděpodobně dále poroste v souvislosti s elektrifikací zemědělské mechanizace nebo možnosti výroby nízkoemisních hnojiv pomocí elektrolýzy. V případě České republiky by agrovoltaické instalace dokázaly v součtu vyrobit objem elektřiny odpovídající přibližně polovině naší současné spotřeby.
Výhodou oboustranných vertikálních instalací, které podle studie představují více než 80 procent potenciálu agrovoltaiky u nás, je odlišné rozložení výroby v čase v porovnání s konvenční fotovoltaickými elektrárnami orientovanými na jih. Odlišný výrobní profil pomáhá snižovat riziko kanibalizace trhu s elektřinou.
Výhody agrovoltaiky pro zemědělce
Kromě výroby nízkoemisní elektřiny nabízí agrovoltaika také mnoho výhod pro zemědělskou produkci. Analýza EMBERu zmiňuje zlepšení mikroklimatických podmínek související s regulací stínu a teploty, ochranu proti mrazu, optimalizované využití vody a efektivnější závlahu ve spojitosti s nižším odparem a zadržováním půdní vlhkosti, ochranu rostlin před extrémními meteorologickými jevy jako je silný vítr nebo krupobití apod. Nižší stres, kterému jsou rostliny vystaveny se následně projevuje i v jejich vyšší odolnosti vůči chorobám a škůdcům.
Závěry analýzy podporuje také nedávno zveřejněný výzkum německého Fraunhoferova institutu. Z provedených terénních měření vyplynulo, že agrovoltaika umožňuje snížení spotřeby pesticidů až o 70 procent při současném snížení spotřeby zavlažovací vody na polovinu. V důsledku tak pomáhá chránit úrodu před dopady pokračující klimatické změny.
Snížení spotřeby zavlažovací vody v rozsahu 20 až 70 procent při pěstování vinné révy zaznamenala na svých pilotních lokalitách ve Francii také firma Sun'Agri. Výnosy se v závislosti na pěstované odrůdě podařilo zvýšit o 20 až 60 procent.
Jednou z největších motivací pro zemědělce by měla být možnost navýšení a stabilizace příjmů z obdělávané půdy. Podle analýzy EMBERu je možné díky prodeji elektřiny navýšit roční hektarový výnos o cca 1300–7300 EUR. Výsledná hodnota v praxi závisí jak na konfiguraci a typu elektrárny, tak na možnostech využití, respektive prodeji vyrobené elektřiny.
Současně je nutné zmínit, že kapitálové náklady jsou u agrovoltaických systémů vyšší než u konvenčních pozemních fotovoltaických elektráren, především díky vyšším nákladům na nosnou konstrukci, na kterou jsou připevněny vlastní panely. Sdružené náklady na výrobu elektřiny by kvůli tomu měly být vyšší v rozmezí od cca 11 (oboustranné vertikální instalace) do 40 procent (vyvýšené konstrukce). V obou případech jsou však stále o přibližně 40 až 50 procent nižší než u střešních instalací. Agrovoltaika tak za přijatelných nákladů nabízí cestu k posílení energetické i potravinové bezpečnosti.
Jednou z prvních agrovoltaických instalací v Česku je demonstrační projekt ve Starém Poddvorově poblíž Hodonína. Společnost MND zde přeměnila nevyužitý brownfield na vinici, krytou fotovoltaickou elektrárnou o výkonu 100 kWp. Roční výroba o objemu přibližně 100 MWh je spotřebována v místě instalace. Vinohrad vznikl i na ploše sousedící s elektrárnou tak, aby bylo možné vyhodnotit vliv zastřešení panely na pěstování vinné révy. Na probíhajícím výzkumu se podílí pracovníci brněnské Mendelovy univerzity a ČVUT v Praze.
Agrovoltaická instalace ve Školkách v Litomyšli. Zdroj: Bragen
Další agrovoltaickou instalací u nás je provoz ve Školkách Litomyšl. Pod polopropustnými fotovoltaickými panely je zde pěstováno ovoce, ale i okrasné rostliny a dřeviny. Elektrárna má po dokončení poskytovat výkon 6 MWp.
Data získaná při provozu obou pilotních projektů by do budoucna měla přispět k dalšímu rozšíření této slibné technologie.
