Výzkumné evropské týmy hledají cesty k prosazení symbiózy solárních elektráren a zemědělské produkce. V České republice, kde je mnoho velkých polí solárními panely zastavěno tak, že je zde zemědělské využití prakticky nemožné, se však takové projekty zatím neposunuly ani do stadia ověřovacích provozů. Inspirujeme se u sousedů?
Statisticky řečeno, fyzici o bramborách píšou málokdy. Jedním z těch, kdo toto pravidlo narušil, byl v roce 1981 známý německý vědec Adolf Goetzberger. Muž, který mimo jiné založil v Německu ústav věnující se využívání solární energie, vydal tehdy text „Brambory pod kolektorem“ (název je v němčině aliterace, a zní tedy lépe: „Kartoffeln unter dem Kollektor“). V něm představil nápad, jak využívat jednu plochu ke dvěma účelům: pěstování plodin a výrobě energie. Technologie na výrobu elektřiny ze slunce, tedy fotovoltaika, byla tehdy nevyzrálá, Goetzberger proto uvažoval spíše o využití solární energie k ohřevu vody. O 40 let později je situace jiná. Ceny solárních kolektorů pro ohřev vody klesají jen pomalu. Fotovoltaika se naopak z exkluzivní záležitosti, která měla místo především na družicích, změnila na dostupnou záležitost. Půda, i ta zemědělská, naopak na ceně spíše nabývá. Není divu, že různé obdoby Goetzbergerova nápadu žijí dodnes. Ostatně zřejmě každého, kdo z dálky zahlédl některou fotovoltaickou elektrárnu uprostřed české krajiny, napadlo, že pozemek pod ní by se dal určitě využít lépe. Koncept tzv. agrofotovoltaiky (někdy se používá termín agrovoltaika), čili spojení zemědělství a výroby elektřiny ve fotovoltaice, se tedy diskutuje ve stále větší míře. Především ve vyspělých evropských zemích, které se všechny potýkají s komplikovanými otázkami kolem rentability zemědělství při zachování ohledů na krajinu a půdu, které hlavně v Evropě není nazbyt (v USA je situace poněkud odlišná). Myšlenka je prostá: hospodáři by mohli získat nový zdroj příjmů, který by zároveň pomohl při kýženém přechodu k nízkouhlíkové energetice.
Jak vám to plodí? Záleží na počasí V rozvoji myšlenky pokračuje i Goetzbergerem založený Fraunhoferův ústav pro solární energetické systémy. Jeho pilotní projekt se nachází nedaleko Bodamského jezera. Na ploše o velikosti 0,34 ha je instalována FVE na 5 m vysoké konstrukci. Celkový instalovaný výkon je 194 kW. Nainstalovány jsou tu oboustranné panely, které vyrábějí elektřinu i z odraženého slunečního záření od zemského povrchu. Projekt má poměrně jednoduchý cíl: porovnat růst stejných plodin na dvou referenčních plochách. Jedna plocha má nad sebou konstrukci s panely, ta druhá je běžné pole s běžným způsobem hospodaření. Porovnání dvou těsně spolu sousedících ploch poskytuje nejrelevantnější výsledky. Jak se ukazuje, rozdíly mohou být poměrně značné a do značné míry závisí na lokálních podmínkách a na počasí v daném roce. Projekt byl zahájen v roce 2017, kdy byla úroda pod fotovoltaikou o téměř pětinu (přesněji o 18 %) nižší než na sousední kontrolní ploše. V roce 2018, který byl výrazně slunečnější a sušší než rok předchozí, byl rozdíl markantně menší. A úroda některých plodin byla dokonce na zastíněné ploše cca o desetinu vyšší. Za suchých let tedy mohou panely mít dvojí pozitivní efekt: nejenom vyrábějí „zelenou“ energii, ale jejich stín také brání vysychání půdy.
Ušlechtilá agrofotovoltaika Výsledky se samozřejmě liší rovněž podle plodiny a klimatu. Dobrým příkladem je vinařství Piolenc na jihu Francie. To je součástí pilotního projektu společnosti Sun’Agri, která na tomto místě testuje využití fotovoltaických systémů ve spojení s pěstováním vína, přesně řečeno tedy vinné révy. Jde o malý projekt. Na ploše 600 m2 se réva pěstuje pod fotovoltaickými panely. Ty jsou samozřejmě poměrně malé a je mezi nimi dost místa, aby réva měla dostatek slunce. Celkový výkon elektrárny je tedy jen 84 kW. Stejný byste poměrně snadno mohli získat například z instalací na střechách řekněme 20 rodinných domků (v ČR je průměrný výkon střešní instalace pod 4 kW). Projekt je to malý i v dalším ohledu: konstrukce je pouze něco přes 4 m vysoká, protože vinná réva se obhospodařuje výrazně menšími stroji než běžné zemědělské plodiny. Pro zajímavost, v částečném zastínění se na vinici sleduje odrůda Grenache Noir, jedna z nejrozšířenějších odrůd červeného vína na světě, která tvoří velkou část (80 %) vína typu Châteauneuf-du-Pape. Réva je v mnoha ohledech pro agrofotovoltaiku vhodnou plodinou. Potřebuje sice slunce, ale v jižní Francii ho má více než dost. Zastínění nemá žádný negativní vliv na kvalitu hroznů, protože vinná réva nepotřebuje 100 % slunečního záření, které v této zeměpisné šířce na zem dopadá (samozřejmě v severnějších šířkách by to mohl být problém). Naopak, v posledních horkých letech zastínění spíše pomohlo, protože podle průběžných výsledků tohoto experimentu se snížila potřeba vody pro růst rostlin o 22 %. A to především proto, že díky zastínění půda na vinohradu ztrácela méně vody. Rostliny z takovýchto instalací by tedy mohly být o něco odolnější vůči vlnám suchých období s nedostatkem dešťových srážek. Instalace využívá natáčecí panely, které mají zvyšovat množství zachyceného světla. To je technologie, která se uplatňuje spíše jen příležitostně. Výroba energie je obecně řečeno odvětvím s poměrně nízkými maržemi a jednoduchost a nižší cena téměř vždy vítězí. V tomto případě ovšem by mohla najít své opodstatnění, protože sklon panelů určuje řídicí software podle meteorologických podmínek tak, aby množství dopadajícího světla co nejvíce vyhovovalo rostlinám pod nimi.
Ploty trochu jinak Vysoké konstrukce nad ornou půdou mají své nevýhody. Jednou z nich je cena, která je u nich podstatně vyšší než u běžných panelů na nízkých konstrukcích, jež nejen spotřebují méně materiálu, ale také se pohodlně stavějí přímo ze země. Zvažují se – a někdy se již i zkoušejí – elektrárny, které se bez nich obejdou. Německá společnost Next2sun tak například postavila elektrárnu o celkovém instalovaném výkonu 2 MW na zemědělském pozemku nedaleko města Eppelborn na západě Německa, která má panely v podstatě až na úrovni země. Jak je to možné? Panely jsou totiž umístěny v podstatě v podobě velkých vertikálních kolmých „stěn“, které se táhnou napříč celým pozemkem. Při pohledu z větší dálky budou působit podobně jako konvenční fotovoltaické elektrárny. Ve skutečnosti je však využití plochy půdy výrazně menší a panely a konstrukce, na které stojí, vlastně pokrývají zhruba jedno procento z celkové plochy. Celá elektrárna tak má samozřejmě nižší účinnost, ale Next2sun to chce kompenzovat jiným „trikem“. Používá oboustranné panely, které mohou přijímat světlo z obou stran. To za běžných okolností pomáhá zvyšovat výkon o světlo odražené od země, v tomto případě tomu však není. Panely jsou totiž orientovány spíše severo-jižním směrem. Jinak řečeno, panely vyrábějí nejvíce po ránu a poté k večeru. Firma tak chce nejen zjednodušit konstrukci a uvolnit půdu, ale také se vyhnout konkurenci jiných fotovoltaických výroben. Její provoz má mít nejvyšší výrobu v době, kdy jiné solární elektrárny vyrábějí nejméně a ceny na trhu jsou tedy vyšší (to je problém kachní křivky, jak se nesoulad mezi špičkami ve spotřebě a výrobou OZE obecně označuje). Podle Next2sun je na ploše takové elektrárny možné třeba jen sekat trávu na krmivo, případně využít ji jako pastvy či pro běžné pěstování zemědělských plodin. Všechny provozovny společnosti jsou ovšem relativně nové, například Eppelborn funguje od roku 2018 (společnost zprovoznila ještě větší elektrárnu s výkonem cca 4 MW, ale to až v roce letošním). Zkušeností tedy není mnoho, a ještě méně je těch nezávislých. Podle údajů uváděných na jejich webových stránkách je elektrárna z vertikálních panelů poměrně efektivní. Z jednoho MW instalovaného výkonu se údajně vyrobilo během roku něco málo přes 1 000 MWh. To je podobné jako z běžných instalací v našich zeměpisných šířkách, a tedy jde spíše o překvapivě dobrý výsledek. Samozřejmě, k dosažení výkonu jsou nutné oboustranné (tzv. bifaciální) panely, které jsou zase o něco dražší než panely běžné (s tím, že rozdíl ovšem bude patrně klesat). To by však mohly kompenzovat vyšší ceny prodané elektřiny, pokud by se skutečně podařilo velkou část výroby soustředit do ranních či večerních hodin. V tuto chvíli ovšem nemáme dostatečné podklady pro to, abychom tuto otázku rozhodli.
U nás? Příliš složitá cesta Není náhodou, že všechny námi zmíněné projekty pocházejí ze zahraničí, byť relativně blízkého. V Česku jsou zatím agrofotovoltaické elektrárny jenom na papíře. I ověřovací provozy se budou schvalovat pouze obtížně. Klíčovým důvodem je naše legislativa. Podle českých předpisů je takový provoz prostě považovaný za stavbu. Stavby mohou podle stavebního zákona vznikat pouze na územních plochách určených stavebním zákonem. Což tedy znamená, že stavbu jakékoliv fotovoltaické elektřiny lze tedy realizovat pouze na území určeném k výrobní nebo jiné průmyslové činnosti. Kdyby si tedy zemědělec chtěl postavit nad svým pozemkem panely, musel by požádat o územní rozhodnutí, stavební povolení a kolaudační souhlas. V českých podmínkách nic rychlého. S podobným principem nepočítají ani další předpisy. Pokud by například zemědělci chtěli nad svým polem postavit panely, museli by si de facto půdu pod ní znehodnotit. Museli by provést tzv. skrývku, což je sejmutí svrchní vrstvy půdy – u případné agrofotovoltaické elektrárny tedy například bonitní orné půdy. Vytěženou půdu by měli zemědělci uložit do deponie, odkud může být dále distribuována pro další účely. Jinak řečeno, snad s výjimkou nějakých plně dotovaných experimentálních provozů v rámci dnešních zákonných předpisů nepřipadá stavba podobného provozu v České republice v úvahu. Tento stav by možná změnila novela stavebního zákona, která by mohla obsahovat ustanovení zlepšující situaci. Zatím ovšem není jasné, jak tato novela bude vypadat. Na začátku listopadu 2020 prošla v parlamentu prvním čtením, ovšem definitivní podoba se má do Sněmovny vrátit zřejmě až v únoru tohoto roku. Vůči novele má v tuto chvíli mnoho subjektů celou řadu námitek a očekává se množství pozměňovacích návrhů, takže v tuto chvíli těžko hodnotit, jak přesně se situace změní, a kdy by si tedy někdo mohl troufnout vůbec s panely na českých polích či pastvinách alespoň experimentovat. /jj/
