Agrivoltaické systémy do vinic a sadů
K významným společenským výzvám patří v posledních letech rozvoj obnovitelných zdrojů energie jako prostředku pro uspokojení celosvětově rostoucí poptávky po energii a současně prostředku vedoucímu k nahrazování tradičních fosilních paliv, jejichž využívání výraznou měrou přispívá k posilování klimatických změn. Perspektivní řešení v této oblasti představuje využití fotovoltaických systémů, které umožňují účinné zachycování slunečního záření a jeho přeměnu na elektrickou energii.
Skutečnost, že instalace těchto systémů na otevřených plochách je nejlevnější variantou, vedla ve světě a v řadě případů i v podmínkách ČR k výstavbě fotovoltaických systémů na zemědělsky obhospodařované půdě (Obr. 1). Tento trend tedy obecně posiluje konflikt mezi využíváním zemědělské půdy za účelem výroby elektrické energie a produkcí potravin. Uvedený problém nabývá na významu zejména v regionech s omezenou rozlohou půdy nebo vysokou hustotou zalidnění.
|
Obr. 1: Konvenční fotovoltaická elektrárna na zemědělské půdě |
V posledních letech je z uvedených důvodů stále častěji rozvíjen koncept agrivoltaiky (Obr. 2). Jedná se systém umožňující kombinaci zemědělské výroby a výroby elektřiny na stejné půdní jednotce. Koncept agrivoltaiky není přitom, žádnou novinkou a je znám již od počátku 80. let minulého století. Tento systém umožňuje zvýšit efektivitu využívání půdy a má potenciál přispět ke zmírnění souvisejících konfliktů v jejím využívání. Současně přispívá k posílení a oživení lokálních venkovských ekonomik i posílení jejich energetické soběstačnosti.
|
Obr. 2: Agrivoltaický systém v trvalých porostech |
Výsledky výzkumu současně dokládají, že vedle výroby elektrické energie může agrovoltaika plnit také řadu dalších funkcí. Jedná se zejména o stabilizaci zemědělské produkce v regionech zasažených klimatickými změnami tím, že zajišťují ochranu pěstovaných porostů před účinky nepříznivého počasí. Současné agrovoltaické systémy jsou stále ve své počáteční fázi vývoje s velkým prostorem pro technický pokrok a nové sektory využití v průběhu nadcházejícího období. Agrovoltaické systémy lze klasifikovat podle různých kritérií, kterými jsou např. typ systému (zavřený nebo otevřený), typ konstrukce (meziprostorová, nadzemní), sklon modulů (horizontální, šikmé, vertikální), uložení modulů (pevné, pohyblivé) a místo využití (nezemědělská půda, orná půda, zahradnictví a akvakultura).
Rozmístění agrivoltaických systémů v oblasti zahradnictví, na pozemcích osázených trvalými porosty vykazuje řadu specifik. V první řadě je potřeba přizpůsobit montážní strukturu opěrných sloupů a agrivoltaických panelů organizaci porostu, pěstitelskému tvaru a požadavkům používaných mechanizačních prostředků, zejména s důrazem na podjezdnou výšku. Ta se u ovocných výsadeb i u vinic pohybuje na úrovni kolem 3,0 m. V praxi mohou být v současnosti uplatněny dva prostorově odlišné systémy - meziprostorový horizontální agrovoltaický systém (Obr. 3) nebo vertikální agrovoltaický systém (Obr. 4).
|
Obr. 3: Horizontální agrovoltaický systém |
|
Obr. 4: Vertikální agrovoltaický systém |
Vhodně uspořádané agrivoltaické systémy přináší v trvalých porostech řadu synergických efektů. Příkladem je využití opěrných sloupů pro instalaci systému vodících drátů a dvojdrátí, ochranných sítí proti krupobití či ptactvu, ale také pro instalaci foliových tunelů chránících porost proti přívalovým dešťům aj. Nejnovější výzkumné studie dokládají možnost jímání dešťové vody z agrivoltaických ploch a jejího využití pro doplňkovou závlahu. Tyto plochy současně s vysokou účinností eliminují průběh nežádoucích erozivních účinků. V době dlouhotrvajících dešťů přispívají systémy k optimalizaci mikroklimatických podmínek v porostu, snížením ovlhčení listové plochy, která neumožňuje rozvoj houbových patogenů.
Z fyziologického hlediska představuje synergii také možnost optimalizace světelných a teplotních podmínek v porostu například prostřednictvím pásových fotovoltaických systémů, kterými lze dosáhnout vhodného přistínění a také ochlazení porostu. Významnou roli sehrává v tomto směru orientace panelů vůči světovým stranám, úhel jejich náklonu a celková velikost panelů i vzájemný rozestup mezi sousedními panely, nebo možnost jejich průběžného polohování. Z pohledu managementu kvality ve vinohradnictví může v podmínkách klimatických změn řízené stínění keřů sehrávat významnou roli. Vysoké teploty a intenzita slunečního záření se v posledních letech stále častěji podílí na časnějším dozrávání hroznů, jejich vyšší cukernatosti a tím také na vyšším obsahu alkoholu ve vínech z nich vyrobených. Podstatně vyšší je také riziko poškození listové plochy keřů i pokožky hroznů v důsledku slunečního úpalu. Maximální cukernatost hroznů je u některých odrůd dosažena před plným rozvinutím jejich aromatických složek. Tyto aspekty se pak společně negativně promítají do kvality vína a komplikují koordinaci fermentačních procesů. Předpokládá se, že by uvedené aspekty mohly být stíněním pomocí nainstalovaných agrivoltaických systémů výrazným způsobem optimalizovány.
Výsledky studií provedené ve výsadbách jádrového ovoce naznačují možnost uplatnění stínění agrivoltaických systémů při regulaci násady plůdků, které by mohly účinně a efektivně nahradit chemickou nebo ruční probírku. Při silném zastínění však může docházet k posílení vegetativního růstu a zvětšování velikosti listové plochy na úkor celkového výnosu plodů. Systémy pozitivně ovlivňují mikroklima v porostu zejména v jarním období. Akumulací tepla můžou snížit negativní dopady jarních mrazů a snížit proudění nárazového větru. V letním období mohou představovat účinný prostředek ochrany proti krupobití, nebo cíleně ovlivňovat vybarvenost slupky.
Praktické využití agrivoltaických systémů nabízí řadu příležitostí, které se liší v závislosti na regionálních a klimatických podmínkách. Vývojové trendy v této oblasti naznačují, že tyto systémy mohou v budoucnu být důležitou součástí zemědělských výrobních systémů, které řeší některé z hlavních současných a budoucích společenských a environmentálních problémů, jako je změna klimatu, globální poptávka po energii, potravinová bezpečnost a využívání půdy. Lokální produkce elektrické energie může pozitivně ovlivnit rychlost zavádění moderních technologií a zařízení v duchu filozofie Zemědělství 4.0. Jedná se např. o využívání automatických závlahových systémů, systémů protimrazové ochrany porostů aj. V případě autonomních robotických zařízení s elektropohonem může být vyrobená elektrická energie využívána pro dobíjení akumulátorů. Nabízí se i možnost prodeje přebytků energie do elektrizační soustavy. Pro komerčně úspěšná řešení agrivoltaických systémů a jejich zavedení do provozní praxe bude potřebné v nadcházejícím období dořešit zejména jejich vyšší investiční náročnost, včetně dalšího ověření popisovaných efektů v reálných podmínkách vinic a sadů.
