Установка солнечных панелей на землях сельхозназначения позволяет совмещать аграрную деятельность и производство электроэнергии. Такой функционал, как защита от града и затенения, улучшает экономику проектов.
Фотовольтаика в сельском хозяйстве
Фабиан Картхаус и его двоюродный брат Йозеф Кнеер – молодые фермеры из земли Северный Рейн – Вестфалия (ФРГ). От полеводства в его классическом варианте, как это принято в фермерских хозяйствах, молодые люди хотели бы отказаться. По крайней мере частично. Что может быть лучше, чем заложить ягодные плантации неподалеку от места жительства и просто снимать урожай? Помимо земляники и малины для самостоятельного сбора предприниматели мечтают предложить голубику. Эту ягоду в теплицах выращивают повсеместно, но летом культура нуждается в притенении. Так Фабиану и Йозефу пришла в голову идея совместить «приятное с полезным» – установить на крышах теплиц солнечные панели. Осмотрелись на рынке. Оказалось, что классические модули «стекло-фольга» пропускали слишком мало света, столь необходимого растениям. В итоге приняли решение построить два высотных солнечных модуля, позволяющих одновременно получать достойный урожай ягод, обеспечив растения необходимым уровнем освещения, и производить солнечную электроэнергию.
Солнечные модули в сельском хозяйстве находят себе применение еще не столь часто, как позволяет их потенциал. Этот нишевый рынок эксперты оценивают очень высоко: по данным Института солнечных энергосистем (Fraunhofer ISE), на сегодня мировая мощность солнечных панелей, размещенных на землях сельхозназначения, составляет 2,9 ГВт. А в одной только Германии технический потенциал агрофотовольтаики равен 1,7 ТВт.
«Универсальных стандартов пока не существует. В том, что касается солнечных модулей сельхозназначения, мы стоим в самом начале пути, – отмечает Кристоф Мейр, менеджер центра энергетики Австрийского технологического института. В рамках своей исследовательской работы Мейр сравнивает различные конструкции солнечных модулей, применяемых в сельском хозяйстве.
Пилотный проект Хеггельбах
В 2016 году на базе Института Fraunhofer ISE в окрестностях Боденского озера был введен в эксплуатацию пробный солнечный модуль. Необычной в этом проекте была и оптика, и сам способ строительства: на сельхозземлях общины Хеггельбах на пятиметровой высоте был установлен солнечный модуль «стекло-стекло», также часто называемый двусторонним, и его мощность составила 194 кВт.
Монтаж солнечных панелей на прочных стальных конструкциях оставлял достаточно места для прохода сельхозтехники под модулем, что давало возможность фермерам получить с земельных угодий дополнительный доход. В то же время в силу высоких затрат на строительство такие системы модулей по сравнению с отдельно стоящими солнечными батареями обходятся значительно дороже.
Если объект в Хеггельбахе носил скорее исследовательский характер, компания Next2Sun сразу позиционировала свой проект по строительству «солнечных изгородей» как коммерческий. Фирма из г. Мерциг (федеральная земля Заарланд) построила вертикальный модуль «стекло-стекло», ориентированный в направлении восток-запад, установив его на стальных балочных опорах. Такое решение позволило оставить свободными около 90 % площади сельхозугодий, а животные и техника могут свободно передвигаться между конструкциями. Первый коммерческий модуль был введен в эксплуатацию в 2020 году в городке Донауэшинген: на 14 га земли здесь размещено 5 800 элементов и смонтирована почти 1 000 двусторонних солнечных модулей. Общая производительность системы, по данным фирмы Next2Sun, составила 4,1 МВт, а годовое производство энергии достигло 4 850 МВт∙ч.
До стадии коммерциализации производитель солнечных панелей Next2Sun доводила проект вместе с товариществом Solverde Bürgererkraftwerke Energiegenossenschaft eG. Кроме варианта «солнечной изгороди» клиенту теперь можно предложить системную концепцию с солнечными трекерами.
«Оба варианта имеют свои пре имущества и недостатки, – объясняет Франк Альберс, руководитель проекта и партнер Solverde Projektentwicklungsgesellschaft. – Самым интересным в трекере является то, что он обеспечивает особенно высокую урожайность сельскохозяйственных культур, размещенных на той же площади. Однако инвестиционные затраты по таким проектам оказываются выше. Вертикальная конструкция вызывает реальное падение производительности в обеденное время, в то время как применение солнечного трекера позволяет выходить на плато».
Подзарядись от солнечных панелей
После получения всех разрешительных документов система солнечных панелей, установленных еще в 2010 году, была модернизирована. В ходе реконструкции были установлены новые двусторонние солнечные модули и системы трекеров. Все работы были завершены весной. «Поскольку данная система функционировала в рамках закона о возобновляемых источниках энергии (EEG), новая солнечная установка должна была быть такой же мощности, что и до реконструкции», – продолжает рассказ Франк Альберс. Обеспечив расстояние 12 метров между рядами модулей, фермер смог вернуться на этой площади к какой-то сельскохозяйственной деятельности, не потеряв свой «энергетический урожай».
«Возможно, имеет смысл установка двусторонних панелей, но надо считать в каждом случае, – добавляет Ф. Альберс. – Расстояние между рядами и производительность лучше обсуждать с клиентом индивидуально. Чтобы получать урожай ягод, модули с солнечными трекерами могут быть установлены и вертикально».
Похожие технологии есть у французской компании Sun’Agri и итальянской REM Tec. Обе фирмы более десятка лет работают на рынке фотовольтаики, обе разработали собственный софт для солнечных трекеров, помогающий повысить выход солнечной энергии и увеличить производство сельхозпродукции. Как это работает, можно посмотреть на примере компании REM Tec, которая предлагает различные системы трекинга. «Между рядами солнечных панелей мы оставляем от 12 до 18 м свободного пространства, чтобы создать наиболее оптимальные условия освещенности растений, – рассказывает управляющий директор компании Рональд Кнохе. – Компьютерная программа регулирует освещенность и температуру на участке, позволяя сгладить конкуренцию между растениями и солнечными панелями за интенсивность инсоляции. Мы должны гарантировать фермеру, что выход урожая с этой же площади будет такой же, как если бы солнечных панелей не стояло вовсе. В идеальном случае качество урожая должно стать выше так, чтобы фермер мог продать свою продукцию по более дорогой цене».
Ягодам – оптимальные условия
В итоге изучения рынка Фабиан Картхаус и Йозеф Кнеер выбрали для своих плантаций стационарные солнечные панели GMS Double от компании MKG Göbel, адаптированные для возделывания ягодников. В общей сложности над ними на трехметровой высоте было установлены 2 343 солнечных модуля типа «стекло- стекло» совокупной мощностью 740 кВт. Система ориентирована на восток и на запад. Примечательно, что в данном случае в утренние и предвечерние часы выход солнечной энергии оказался выше, чем если бы все солнечные панели были обращены строго на юг. Избыток электроэнергии подается в общественные сети. Таким образом, двусторонние модули обеспечивают достаточную степень затенения для ягодных кустарников, в то же время защищая их от града. Благодаря стеклянной задней части модуля и большому расстоянию между рядами система пропускает достаточное количество солнечного света. Расположение солнечных панелей на большой высоте позволяет свободно осуществлять перемещение сельхозтехники.
Солнечные панели введены в эксплуатацию весной 2021-го, и теперь появится возможность сравнить урожайность ягодных культур, выращиваемых на обычных полях и на «солнечных плантациях».
Как полагают эксперты, большое разнообразие требований к солнечным панелям, размещаемым на землях сельхозназначения, дает представление о том, насколько сложны разработка и реализация таких проектов на практике.
