Ташкент, Узбекистан (UzDaily.uz) -- В условиях глобального изменения климата, а также обострения вызовов и угроз для продовольственной и энергетической безопасности, одним из перспективных выходов для стран становится активное внедрение в сельском хозяйстве инновационного направления, в т.ч. агровольтаики (APV – AgroPhotoVoltaics), позволяющей совмещать выработку энергии и фермерство.

Концепция агровольтаики была первоначально предложена в 1982 г. немецкими учёными А. Гетцбергером и А. Застроу как средство модификации солнечных электростанций, позволяющее увеличить урожайность на той же площади. 

Их идея заключалась в том, чтобы поднять солнечные коллекторы на 2 м над землёй и увеличить расстояние между ними, чтобы избежать чрезмерного затенения посевов.

По оценкам специалистов, данный метод обладает следующими преимуществами:

Во-первых, существует большой потенциал в плане использования солнечных панелей энергии в регионах с высокой плотностью населения или ограниченной территорией, поскольку он позволяет вырабатывать энергию на сравнительно небольшом сельскохозяйственном участке.

К примеру, в индийском проекте, учёные посчитали, что на площади 34 тыс. га виноградных плантаций мощность APV составит 16 тыс. ГВт/ч, что достаточно для удовлетворения потребности в энергии более 15 млн. чел., (1 га вырабатывает 0,47 ГВт/ч, что обеспечивает электроэнергией порядка 500 чел.).

Всего, по некоторым данным, по всему миру к 2021 г. общая мощность агровольтаических установок достигла 14 ГВт.

Во-вторых, метод идеально подходит для полузасушливых и засушливых регионов, где выращивание сельскохозяйственных культур часто страдает от неблагоприятного воздействия высокой солнечной радиации и сопутствующих потерь воды. 

Как показали научные исследования, затенение сельскохозяйственных культур позволяет на 40% снизить испарение влаги с почвы, что существенно сокращает расходы воды.

В-третьих, повышается продуктивность урожая отдельных сельхозкультур. Как показали исследования, использование APV может повысить продуктивность земель до 70%.

В-четвёртых, помимо воздействия на растениеводство, внедрение APV повышает прибыльность сельского хозяйства за счёт получения дополнительного дохода за счёт производства энергии и может дополнительно улучшить автономную электрификацию сельских районов как часть децентрализованной энергетической системы. 

Сегодня в мире только отдельные развитые страны имеют научно-исследовательские проекты в данной области.

Так, в США в 2018 г. в Аризоне установлена небольшая исследовательская установка по изучению APV, планируется создать дополнительные испытательные полигоны в сельской местности Аризоны и на севере страны.

В Германии Институт систем солнечной энергии Фраунгофера (Fraunhofer ISE) в 2016 г. построил исследовательскую установку APV в Южной Германии размером 0,3 га и мощностью 194 КВт/ч, а также ещё три пилотных установок в Чили для изучения APV и его воздействия на полевые культуры в различных климатических зонах.

В Италии были реализованы три проекта APV общей мощностью до 1500 КВт с использованием навесных солнечных модулей (высотой 4-5 м) с технологией слежения за солнцем.

На поле APV в Абруццо (регион Италии) используются 67 автономных солнечных панелей, где выращиваются помидоры, арбузы, пшеница и генерируется 800 кВт/ч электроэнергии.

В Японии с 2004 г. был построен ряд небольших заводов APV. Эти системы, состоят из фотоэлектрических панелей, установленных на опорах с дорожным просветом 3 м. Они сочетают производство солнечной энергии с выращиванием различных местных пищевых культур, таких как арахис, ямс, баклажаны, огурцы, помидоры, таро и капуста. 

В 2013 г. Япония ввела первую программу господдержки и зарегистрировала более 1900 агроэлектроустановок в 2018 г.

В то время как в Европе, Америке и Японии к настоящему времени созданы в основном небольшие исследовательские и несколько средних коммерческих установок APV, Китай уже внедряет эту технологию в больших масштабах.

Самая крупная на данный момент установка APV мощностью 700 МВт введена в эксплуатацию в 2017 г. на плантации ягоды годжи (лекарственное растение) в автономном регионе Нинся. В настоящее время ведутся работы по доведению её мощности до 1 ГВт.

Исполнители проекта «Baofeng Group» и «Huawei» отмечают, что солнечные панели оснащены системой слежения за светилом по принципу подсолнуха, что серьёзно улучшает эффективность фотоэлементов и повышает генерацию электроэнергии. А установление солнечных панелей на высоте почти 3 м не мешают полевым работам и сбору урожая.

По данным «Huawei», после завершения проекта он позволит экономить 557,6 тыс. тн угля ежегодно, снизить выбросы CO2 на 1,6 млн. тн, диоксида серы на 51 тыс. тн, оксида азота на 26 тыс. тн и пыли на 462 тыс. тн в год.

В тоже время, одним из основных вопросов, является не изученность до конца вопросов повышения урожайности различных сельхозкультур при применении APV. 

В частности, учёные отмечают, что при применении APV, снижается солнечное излучение, – и здесь, на урожайность влияют географические и климатические условия, а также выращивание различных видов сельхозпродукции.

Так, по итогам проведённого в 2016 г. исследования обнаружено, что снижение солнечной радиации на 20% приводит к снижению урожайности риса на 20%. Схожие цифры были получены по результатам изучения влияния затенения на урожай пшеницы.

В свою очередь, у картофеля количество клубней и урожай обычно уменьшался при затенении, но в регионах с высокой солнечной радиацией наоборот повышался.

Однако, при другом полевом эксперименте, в котором различные сорта салата выращивались на установке APV обнаружено, что при уменьшенной плотности фотоэлектрических модулей и расстоянии между рядами панелей 3,2 м излучение было доступно на уровне 73%. Урожайность салата в среднем составила 81-99% от урожайности на полном солнце, в то время как два сорта превысили контрольные значения.

Другой эксперимент, проведённый в условиях сухого средиземноморского климата, показал увеличение урожая и плодов томата при уменьшении полного солнечного света на 25-26%. Высота растений в этих условиях также увеличивалась. Однако более высокая степень затенения (50-75% полного солнечного света) имела неблагоприятные последствия и приводила к снижению урожайности плодов.

Аналогичные результаты были получены для сладкого перца, выращенного в пустыне Негев (Израиль), где умеренное затенение (12-26%) привело к увеличению урожайности и высоты растений.

Наиболее перспективным вариантом рассматривается интеграция агровольтаики в тех сферах, где уже используются поддерживающие конструкции (виноградарство, интенсивное выращивание фруктов и т.д.). Такой подход активно применяет французская винодельческая компания «Sun'Agri». Она ожидает, что применение APV в интенсивном производстве фруктов и виноградарстве приведёт к экономии воды, защите фруктов от солнечных ожогов и сохранению или даже увеличению урожайности за счёт снижения потерь из-за экстремальных погодных явлений (мороз, град, сильный ветер).

Этот аспект может стать ещё более актуальным в будущем в основных винодельческих регионах, поскольку, по прогнозам, площади, пригодные для виноградарства, резко сократятся к 2050 г. из-за последствий изменения климата.

Исследование, моделирующее потенциал APV индийских виноградных ферм, показало, что годовой доход этих ферм может быть увеличен в 14 раз по сравнению с обычными фермами без APV, сохраняя при этом урожайность винограда.

В целом несмотря на то, что в настоящее время агровольтаика находится в основном на стадии исследований и апробирования технологий, в перспективе APV может стать важным компонентом сельскохозяйственных систем будущего, решая некоторые текущие и будущие социальные и экологические проблемы, такие как изменение климата, рост глобального спроса на энергию, продовольственная безопасность и землепользование.

Для Узбекистана, с учётом его климатический условий, представляется важным проведение полевых исследований перспектив внедрение агровольтакики в густонаселённых, так и пустынных регионах страны.

При достижении положительных результатов, агровольтаика может превратиться в действенный инструмент для поднятия сельского хозяйства на качественно новый уровень, рационализации использования сокращающихся водных ресурсов и развития децентрализованной системы электроснабжения населения, тем самым повысив продовольственную и энергетическую безопасность страны.