Опубликовано: 21 февраля 2025 г. / Обновлено: 21 февраля 2025 г. – Автор: Konrad Wolfenstein
Агрофотовольтаика: синергия и области противоречий в стратегии двойного назначения – Изображение предоставлено Xpert.Digital
Потенциал и конфликты: роль агрофотовольтаики в энергетическом переходе
Агрофотовольтаика: как двойное землепользование меняет энергетическое будущее
Растущая распространенность агрофотовольтаики (агро-ФВ) знаменует собой сдвиг в землепользовании, где одновременное производство электроэнергии и продуктов питания на одной и той же территории порождает как технологические инновации, так и социальные конфликты интересов. Современные исследования прогнозируют, что агро-ФВ системы в Центральной Европе могли бы покрыть до 68% потребности в энергии, если бы для этой технологии было освоено всего 9% сельскохозяйственных земель. В то время как глобальная установленная мощность экспоненциально выросла с 5 МВт в 2012 году до более чем 14 ГВт в 2021 году, амбициозные цели расширения, такие как цель Германии по достижению 215 ГВт фотоэлектрической мощности к 2030 году, сталкиваются с проблемой преодоления пробелов в признании и нормативных препятствий. Институт Фраунгофера ISE определяет потенциал в 1700 ГВт для развития агрофотоэлектрической энергетики в Германии, однако такие проекты, как запланированный солнечный парк площадью 300 га в Гайзельтале, Саксония-Анхальт, показывают, что трансформация сельскохозяйственных ландшафов может вызвать серьезные социально-экономические потрясения.
Технологические инновации и агроэкологические взаимодействия
Проектирование системы и оптимизация производительности
Современные концепции агрофотоэлектрических систем основаны на тройной оптимизации: выработке энергии, повышении сельскохозяйственной продуктивности и экологической устойчивости. Двусторонние солнечные модули, поглощающие свет с обеих сторон, достигают светопропускания 70–80% за счет увеличенной высоты установки (3–5 м) и большого расстояния между рядами (10–15 м), что приводит к увеличению продуктивности земель на 42–87% в проекте APV-RESOLA. Вертикальные установки, такие как система Next2Sun, используют ориентацию восток-запад для выработки пиковой электроэнергии утром и вечером, обеспечивая при этом достаточное освещение для роста растений в полдень. Такое контрциклическое производство электроэнергии снижает перегрузку сети и, благодаря модульным стальным конструкциям, позволяет использовать уборочную технику.
Влияние микроклимата на урожайность растений
Частичное затенение фотоэлектрическими модулями создает более стабильный микроклимат, что может привести к увеличению урожайности ягодных культур до 16% в засушливые годы. Долгосрочные измерения на экспериментальной станции на озере Констанц задокументировали более высокую урожайность пшеницы под фотоэлектрическими модулями (+7%) во время жаркого лета 2018 года, одновременно снизив потребность в орошении на 20%. Напротив, в годы со сбалансированной погодой наблюдались потери урожая до 33%, что подчеркивает зависимость от уровня климатического стресса. Адаптивные системы с отслеживающими модулями или светоселективными покрытиями могут в будущем обеспечить управление затенением в зависимости от потребностей.
Потенциал экономической трансформации и операционные риски
Диверсификация источников дохода для фермерских хозяйств
Агрофотовольтаика предлагает фермерам двойной источник дохода: производство электроэнергии приносит арендные платежи в размере 3000–4000 евро/га, при этом 85% прямых платежей ЕС остаются у фермеров. Польское исследование показывает, что совокупный урожай пшеницы и электроэнергии увеличивает чистую прибыль с гектара на 1268 евро (фотовольтаика + пшеница) по сравнению с ожидаемыми убытками от монокультуры в 2024 году. Гёттингенский университет определил уровень принятия проекта среди фермеров в 72,4%, при этом основными мотивами являются обеспечение дохода (68%) и перспективность бизнеса в будущем (52%).
Инфраструктурные и рыночные проблемы
Несмотря на снижение себестоимости производства до 4–6 центов/кВтч, проблемы с электросетями препятствуют подключению крупных агро-фотоэлектрических парков. Проект в Гайзельтале, планируемая мощность которого составляет 300 МВт, требует строительства 23 км новых линий среднего напряжения, что составляет 30% от общих инвестиций. Кроме того, отсутствуют стандартизированные договоры аренды: в то время как энергетические кооперативы, такие как кооператив в Пейсенберге, предлагают фермерам бесплатное использование земли в обмен на электроэнергию, вырабатываемую солнечными батареями, среди коммерческих разработчиков проектов преобладают модели распределения доходов с фиксированными арендными платежами и распределением прибыли.
Конфликты в социально-политической сфере и барьеры, связанные с законодательством о планировании.
Местное сопротивление и профессионализация протестной культуры
Запланированный солнечный парк в Кинберге (Бавария) демонстрирует типичные линии конфликта: гражданская инициатива, получившая поддержку 1836 избирателей (12,4%), принесла три места в городском совете и привела к объявлению судебного иска против проекта. Профессионально организованные кампании используют визуальные нарративы («заасфальтирование ландшафта») и сотрудничают с природоохранными организациями, выступающими против утраты среды обитания европейских хомяков. Эксперты по коммуникациям, такие как Шандор Мохачи, подчеркивают, что раннее участие общественности и прозрачная визуализация (VR-симуляции) повышают принятие проекта, но «закоренелых» противников практически невозможно убедить рациональными аргументами.
Фрагментация градостроительного законодательства и планировка территорий
Несмотря на поправку 2023 года к Закону о возобновляемых источниках энергии (EEG), которая продвигает агрофотоэлектрические системы как «особый тип солнечных установок», непоследовательность в определении земельных участков препятствует росту рынка. В то время как Бавария разрешает агрофотоэлектрические системы повсеместно в сельской местности, такие земли, как Баден-Вюртемберг, требуют сложных индивидуальных оценок в соответствии со статьей 35 Строительного кодекса Германии (BauGB). Исследование Института Фраунгофера критикует тот факт, что 70% сельскохозяйственных угодий Германии закрыты для развития фотоэлектрической энергетики из-за их охранного статуса (FFH, защита водных ресурсов), в то время как 8% пахотных земель в странах Вышеградской группы ЕС могли бы быть использованы для размещения фотоэлектрических установок общей мощностью 180 ГВт.
Требования к нормативным инновациям и пути дальнейшего развития.
Гармонизация рамок финансирования и технологических стандартов.
Действующие тарифы на электроэнергию в соответствии с немецким Законом о возобновляемых источниках энергии (EEG) не делают различий между типами агрофотоэлектрических систем, несмотря на то, что вертикальные установки (Next2Sun) обеспечивают на 30% меньшую урожайность при вдвое большей эффективности использования земли. Трехуровневая система бонусов – 0,5 цент/кВт·ч для базовых установок, +0,3 цент за меры по сохранению биоразнообразия, +0,2 цент за выращивание специализированных культур – могла бы стимулировать целенаправленные инновации. Параллельно необходим стандарт DIN (в настоящее время находится в разработке: DIN SPEC 91434), определяющий минимальную доступность света (600–800 мкмоль/м²/с) и высоту проезда техники (>3,5 м).
Интеграция в экосистемы интеллектуального земледелия.
В будущих проектах, таких как «Agri-PV 4.0», фотоэлектрические модули сочетаются с датчиками IoT для мониторинга микроклимата (влажность, продолжительность увлажнения листьев) и автоматизированного управления поливом. Пилотные установки в Рейнланд-Пфальце тестируют полупрозрачные органические модули с адаптивной светопропускаемостью, которые используют искусственный интеллект для анализа прогнозов погоды и данных о росте растений. Эти системы потенциально могут интегрировать производство водорода (электролайзеры под модулями) и агрофотокатализ (очистка воздуха с использованием модулей с покрытием из TiO2).
Агрофотовольтаика как катализатор комплексного перехода к рациональному землепользованию.
Интеграция фотоэлектрических технологий в сельскохозяйственные угодья — это не технократический излишек, а необходимый симбиоз для решения климатического и продовольственного кризисов. Как показывает проект ReWA, уровень принятия возрастает до 78%, когда региональные модели электроснабжения (25% потребления на месте) связаны с участием граждан (доли в размере 5–10 кВт·ч, начиная с 500 евро). Крайне важно, чтобы четкое пространственное планирование (приоритетные участки на малоплодородных почвах) и форматы совместного планирования (круглые столы с фермерами, защитниками природы и муниципалитетами) имели решающее значение для институционализации продуктивного сосуществования сельскохозяйственных культур и электроэнергии. Предстоящая сельскохозяйственная реформа ЕС 2027 года предоставляет возможность целенаправленно использовать эко-схемы для агрофотоэлектрических систем, способствующих биоразнообразию, тем самым получая двойной дивиденд — защиту климата и сохранение биоразнообразия.
Подходит для: