Panele nad polem zamiast farmy PV. Czy agrofotowoltaika uratuje plony i obniży rachunki rolników?

Agrofotowoltaika pozwala na produkcję energii i żywności na tym samym gruncie. Nie jest jednak rozwiązaniem pozbawionym kompromisów. O tym, które uprawy mogą korzystać na częściowym zacienieniu, ile energii można uzyskać z hektara oraz jak odróżnić prawdziwy system agro-PV od farmy fotowoltaicznej, która tylko udaje rolnictwo rozmawialiśmy z dr. inż. Andrzejem Gawlikiem z Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie.

---

Czy agrofotowoltaika rzeczywiście pozwala równocześnie produkować żywność i energię? Czy możliwe jest to bez ustępstw którejś ze stron, czy jednak któraś będzie ważniejsza?

Tak, ale pod jednym zasadniczym warunkiem: podstawową funkcją gruntu musi pozostać produkcja rolnicza. Właśnie tym agrofotowoltaika różni się od klasycznej naziemnej instalacji PV. Moduły fotowoltaiczne są tutaj dodatkowym elementem systemu produkcyjnego, a nie odwrotnie.

Nie oznacza to jednak, że możemy maksymalizować jednocześnie produkcję rolną i energetyczną bez żadnych kompromisów. Każdy moduł przechwytuje część promieniowania, które w przeciwnym przypadku docierałoby do roślin. Z drugiej strony odpowiednio zaprojektowane częściowe zacienienie może w określonych warunkach ograniczać temperaturę gleby i roślin, ewapotranspirację oraz straty wody.

W naszych wcześniejszych analizach jako wartość projektową przyjmowaliśmy około 30% zacienienia. Literatura wskazuje, że dla części upraw ograniczenie dostępnego promieniowania rzędu 25–35% może być tolerowane bez istotnego zmniejszenia plonu. Nie jest to jednak uniwersalna granica. Reakcja zależy od gatunku, fazy rozwojowej, warunków pogodowych, dostępności wody oraz przestrzennego i czasowego rozkładu cienia.

Dlatego powiedziałbym jasno: w dobrze zaprojektowanej agrofotowoltaice to wymagania produkcji rolniczej powinny wyznaczać dopuszczalną intensywność wykorzystania powierzchni do produkcji energii, a nie odwrotnie. Nie każda uprawa i nie każda lokalizacja będą się do tego nadawały.

Jakie uprawy najlepiej nadają się do prowadzenia pod instalacjami agrofotowoltaicznymi?

Nie używałbym prostego podziału na rośliny „cieniolubne” i „światłolubne”, ponieważ w produkcji rolniczej istotna jest rzeczywista reakcja konkretnego gatunku, a nawet odmiany, na ograniczenie dostępności promieniowania. Dotychczasowe badania wskazują na interesujące wyniki m.in. dla sałaty, szpinaku, kapusty, części warzyw korzeniowych oraz niektórych gatunków jagodowych. W określonych warunkach częściowe zacienienie może ograniczać stres termiczny i zmniejszać zapotrzebowanie roślin na wodę.

Druga kwestia jest czysto agrotechniczna. Dobrze rokują uprawy prowadzone w systemach, które można dostosować do geometrii instalacji, np. z odpowiednio szerokimi międzyrzędziami lub trwałymi ścieżkami technologicznymi. Elementy konstrukcji można wówczas lokalizować w sposób ograniczający kolizję z przejazdami maszyn i powierzchnią wykorzystywaną produkcyjnie. Dlatego kolejność projektowania powinna być odwrotna niż w przypadku klasycznej farmy PV: najpierw określamy wymagania konkretnej uprawy i technologię jej prowadzenia, a dopiero później dobieramy geometrię instalacji i analizujemy wynikający z niej rozkład zacienienia.

Tutaj bardzo przydatne są modele numeryczne, które dla konkretnej lokalizacji, geometrii i orientacji konstrukcji pozwalają określić przestrzenny i czasowy rozkład dostępności promieniowania w strefie uprawy.

W debacie o agrofotowoltaice słyszymy często o tzw. podwójnym wykorzystaniu gruntu. Jak jednak odróżnić właściwą agrofotowoltaikę od zwykłej farmy PV, na której działa jedynie symboliczna działalność rolnicza – tylko po to, by formalnie zachować rolniczy charakter gruntu?

Najprościej zadać pytanie: czy po wyłączeniu funkcji energetycznej ten sposób gospodarowania nadal miałby sens rolniczy? Jeżeli działalność rolnicza została sztucznie dopasowana do gotowej farmy fotowoltaicznej wyłącznie po to, aby formalnie wykazać produkcję rolną, trudno mówić o rzeczywistym dualnym wykorzystaniu gruntu. W prawidłowo zaprojektowanej agrofotowoltaice działalność rolnicza pozostaje podstawowym sposobem użytkowania terenu, a instalacja energetyczna jest projektowana w taki sposób, aby umożliwić jej kontynuację.

Takie podejście znajduje już odzwierciedlenie w europejskich rozwiązaniach technicznych. Przykładem jest niemiecka specyfikacja DIN SPEC 91434:2021-05, która określa wymagania dla systemów agrofotowoltaicznych z zachowaniem podstawowego użytkowania rolniczego. Moim zdaniem podobnego podejścia potrzebujemy w Polsce. Sam fakt, że pomiędzy lub pod modułami znajdują się rośliny czy zwierzęta, nie powinien wystarczać do uznania instalacji za agrofotowoltaiczną. Należy oceniać rzeczywistą powierzchnię użytkowaną rolniczo, ciągłość i poziom produkcji, możliwość wykonywania normalnych zabiegów agrotechnicznych oraz wpływ infrastruktury na glebę i warunki prowadzenia uprawy.

Istotne powinno być również ograniczenie powierzchni trwale wyłączanej z produkcji oraz stosowanie takich rozwiązań konstrukcyjnych i sposobów posadowienia, które minimalizują ingerencję w glebę i umożliwiają przywrócenie gruntu do użytkowania rolniczego po zakończeniu eksploatacji instalacji.

Czy istnieją uprawy, dla których zacienienie przez panele może być wręcz korzystne?

Tak, ale pod warunkiem, że jest to częściowe i kontrolowane ograniczenie promieniowania. Roślina potrzebuje światła do fotosyntezy, jednak wzrost natężenia promieniowania nie powoduje nieograniczonego wzrostu jej intensywności. Przy wysokiej temperaturze, silnym promieniowaniu i niedoborze wody może dochodzić do stresu termicznego i wodnego, a przy nadmiernym natężeniu promieniowania również do ograniczenia sprawności aparatu fotosyntetycznego.

Częściowe zacienienie może w takich warunkach obniżać temperaturę powierzchni gleby i aparatu asymilacyjnego, ograniczać ewapotranspirację oraz sprzyjać utrzymaniu korzystniejszych warunków wodnych w strefie korzeniowej. Efekt ten może być szczególnie istotny podczas okresów wysokiej temperatury i niedoboru wody. Nie oznacza to oczywiście, że panel jest lekarstwem na każdą suszę.

Korzyść pojawi się tylko wtedy, gdy pozytywny efekt ograniczenia stresu termicznego i wodnego zrównoważy lub przewyższy negatywny efekt zmniejszenia ilości promieniowania dostępnego dla fotosyntezy.

Jak obecność konstrukcji PV wpływa na dostęp maszyn rolniczych i codzienną pracę gospodarstwa?

To jedno z podstawowych zagadnień projektowych. Konstrukcja agrofotowoltaiczna musi być podporządkowana technologii produkcji rolnej, a nie odwrotnie. Znaczenie mają wysokość modułów, rozstaw i lokalizacja podpór, szerokość przejazdów, uwrocia, promienie skrętu maszyn, szerokości robocze agregatów oraz sposób wykonywania poszczególnych zabiegów agrotechnicznych. W konstrukcjach wyniesionych nad uprawą koszt systemu jest wyższy niż w przypadku klasycznej naziemnej instalacji PV właśnie dlatego, że konieczne jest zachowanie przestrzeni umożliwiającej bezpieczne i efektywne prowadzenie produkcji rolnej.

Trzeba przy tym uwzględniać nie tylko maszyny wykorzystywane obecnie, ale również możliwość zmian technologii produkcji i parku maszynowego w okresie wieloletniej eksploatacji instalacji. Dlatego właściwe pytanie nie brzmi: „czy ciągnik zmieści się pod panelami?”, lecz: czy po wybudowaniu instalacji gospodarstwo nadal może wykonywać pełny zakres niezbędnych zabiegów agrotechnicznych bez istotnego pogorszenia ich wydajności, bezpieczeństwa i jakości. Jeżeli konstrukcja wymusza rezygnację z podstawowych zabiegów albo znacząco utrudnia mechanizację, oznacza to, że nie została właściwie dostosowana do funkcji rolniczej.

Największy zarzut wobec wielkoskalowej fotowoltaiki na gruntach rolnych mówi, że energię można produkować w wielu miejscach, ale dobra ziemia uprawna nie występuje wszędzie. Czy agrofotowoltaika rzeczywiście rozwiązuje ten problem? A może, w części przypadków będzie jedynie bardziej akceptowalnym sposobem zajęcia gruntów pod energetykę?

Może go bardzo istotnie ograniczyć, ale tylko wtedy, gdy rzeczywiście zachowujemy produkcję rolną. Komisja Europejska wskazuje właśnie zachowanie rolnictwa jako podstawowej funkcji gruntu jako zasadniczą cechę agrivoltaiki. Jest to fundamentalna różnica względem klasycznej naziemnej farmy PV.

Agrofotowoltaika nie powinna być jednak traktowana jako sposób na zalegalizowanie farm PV na gruntach, na których normalnie trudno byłoby je zbudować. Jeżeli instalacja uniemożliwia prowadzenie racjonalnej produkcji rolnej albo sprowadza ją do działalności symbolicznej, mamy po prostu energetyczne wykorzystanie gruntu z rolniczym dodatkiem. Potencjał jest natomiast ogromny.

Nasze analizy dla województwa zachodniopomorskiego wskazują, że instalacje APV mogą osiągać produkcję rzędu około 454–560 MWh energii elektrycznej z hektara rocznie, zależnie od konfiguracji. Teoretycznie, w szczególnych wypadkach, na idealnie prostokątnej działce moc instalacji AgroPV może wynosić nawet 0,72 MWp/ha (źródło- badania własne).  Nie trzeba więc przekształcać ogromnych powierzchni gruntów, aby energetyczny efekt był znaczący. W tym kontekście agrofotowoltaika może mieć jeszcze jeden istotny wymiar – bezpieczeństwo żywnościowe.

Jeżeli funkcja rolnicza pozostaje nadrzędna, nie zastępujemy produkcji żywności produkcją energii, lecz próbujemy połączyć obie funkcje na tej samej powierzchni. W warunkach narastającej presji na grunty rolne, suszy i ekstremalnych temperatur może to być jeden ze sposobów zwiększania odporności gospodarstw, pod warunkiem że system jest projektowany pod potrzeby konkretnej produkcji rolniczej.

Jakie konkretne korzyści finansowe może mieć rolnik, jeśli zdecyduje się na agrofotowoltaikę?

Możliwych strumieni korzyści jest kilka. Pierwszym jest energia zużywana bezpośrednio w gospodarstwie. Drugim sprzedaż nadwyżek energii. Trzecim może być udział w spółdzielni energetycznej lub innym lokalnym modelu energetycznym. Czwartym – w modelu inwestorskim – wynagrodzenie za udostępnienie gruntu. Nie należy jednak zapominać o potencjalnej korzyści rolniczej. Jeżeli system ogranicza straty wody, łagodzi ekstremalne temperatury albo zabezpiecza określoną uprawę przed niekorzystnymi warunkami pogodowymi, jego wartość nie ogranicza się do rachunku za energię. Trzeba jednak uczciwie powiedzieć, że instalacje wyniesione nad uprawami są kapitałochłonne. Konkurować z klasyczną fotowoltaiką mogą jedynie w wypadku braku możliwości budowy klasycznych farm PV

Czy większą korzyścią dla gospodarstwa jest sprzedaż energii, oszczędność na własnym zużyciu czy poprawa warunków produkcji rolnej?

Nie ma jednej odpowiedzi dla każdego gospodarstwa, ale z ekonomicznego punktu widzenia energia zużyta na miejscu może być szczególnie cenna, ponieważ zastępuje energię kupowaną, zamiast konkurować wyłącznie z ceną sprzedaży energii do sieci. Energia wytwarzana w systemie agro-PV może zasilać pompy i systemy nawadniania, chłodnie, przechowalnie, wentylację, automatykę czy inne procesy technologiczne. W połączeniu z magazynem energii zwiększa to stopień samowystarczalności energetycznej gospodarstwa i może ograniczać jego ekspozycję na zmienność cen energii.

W takim ujęciu agro-PV staje się elementem infrastruktury produkcyjnej gospodarstwa, a nie wyłącznie instalacją służącą do sprzedaży energii. W naszych analizach dotyczących Pomorza Zachodniego właśnie wykorzystanie energii na potrzeby własne gospodarstw uznaliśmy za jeden z najbardziej realistycznych kierunków rozwoju, zwłaszcza przy obecnych ograniczeniach sieci elektroenergetycznej. Docelowo najlepiej, jeżeli system daje kilka korzyści jednocześnie: wspiera produkcję rolną, obniża koszt energii, a nadwyżki można magazynować lub wykorzystać lokalnie.

Dla kogo agrofotowoltaika ma dziś większy sens ekonomiczny? Dla przeciętnego polskiego gospodarstwa, czy może dla dużych gospodarstw i inwestorów posiadających dostęp do kapitału? Jak wygląda próg wejścia i gdzie pojawia się największe ryzyko finansowe dla rolnika?

Na obecnym etapie łatwiej jest dużym gospodarstwom i podmiotom posiadającym dostęp do kapitału. Wyniesiona konstrukcja, zabezpieczenia, instalacja elektryczna i dostosowanie systemu do pracy maszyn oznaczają znacznie wyższy próg wejścia niż przy klasycznej instalacji PV. Nie oznacza to jednak, że technologia musi być zarezerwowana dla największych gospodarstw. Literatura wskazuje na modele współwłasności, spółdzielnie, projekty społeczności energetycznych oraz współpracę z inwestorem zewnętrznym. Największym ryzykiem dla rolnika jest moim zdaniem sytuacja, w której ponosi on ryzyko inwestycyjne i rolnicze, natomiast korzyść energetyczna zależy od czynników, nad którymi ma niewielką kontrolę: warunków przyłączenia, cen energii czy zmian regulacyjnych.

Czy kwestia własności wpływa na funkcjonowanie agrofotowoltaiki? Czy występują różnice gdy właścicielem jest rolnik, spółdzielnia energetyczna albo zewnętrzny deweloper?

Zdecydowanie tak. Jeżeli właścicielem instalacji jest rolnik, ma on największą możliwość dopasowania jej do własnego profilu produkcji i wykorzystania energii na miejscu, ale jednocześnie ponosi koszt inwestycji. Model spółdzielczy pozwala rozłożyć koszty i korzyści pomiędzy większą liczbę uczestników oraz lokalnie bilansować produkcję i zużycie energii. W przypadku zewnętrznego dewelopera problemem może być rozbieżność celów. Deweloper jest naturalnie zainteresowany rentownością aktywa energetycznego, a rolnik rentownością produkcji rolnej. Dlatego konstrukcja umowy ma zasadnicze znaczenie.

Jak powinien wyglądać uczciwy model współpracy między rolnikiem a inwestorem? Czy obecne umowy dzierżawy i modele biznesowe dają rolnikowi realny udział w wartości wytwarzanej na jego gruncie, a może częściej sprowadzają go do roli właściciela ziemi pobierającego czynsz?

Rolnik nie powinien być jedynie właścicielem powierzchni pod urządzenia energetyczne. Uczciwy model powinien określać co najmniej: zachowanie produkcji rolnej, dostęp do pola, odpowiedzialność za szkody w uprawach, zasady gospodarowania wodą, sposób rekultywacji lub demontażu instalacji oraz podział korzyści. Warto rozważać rozwiązania, w których wynagrodzenie rolnika nie jest wyłącznie stałym czynszem, lecz obejmuje również udział w wartości generowanej przez projekt – np. dostęp do części energii na preferencyjnych zasadach albo udział w przychodach. Jeżeli po postawieniu instalacji rolnik staje się jedynie osobą koszącą trawę pod cudzymi panelami, to trudno przedstawiać taki model jako sukces agrofotowoltaiki.

Czy budowa instalacji agrofotowoltaicznych na gruntach najwyższych klas bonitacyjnych powinna być ograniczona?

W przypadku klasycznych farm PV jestem przeciwnikiem zajmowania najlepszych gruntów rolnych. W przypadku rzeczywistej agrofotowoltaiki sytuacja jest bardziej złożona, ponieważ grunt nie musi być wyłączany z produkcji rolnej. Sam numer klasy bonitacyjnej nie powinien więc automatycznie rozstrzygać sprawy. Im cenniejszy rolniczo grunt, tym jednak wyższe powinny być wymagania dotyczące wykazania, że produkcja rolna rzeczywiście będzie kontynuowana i że instalacja nie spowoduje istotnej utraty potencjału produkcyjnego. Na najlepszych glebach ciężar dowodu powinien spoczywać po stronie inwestora: musi wykazać, że mamy do czynienia z rzeczywistym systemem dualnym, a nie z farmą PV przebraną za rolnictwo.

Jak mierzyć, czy działalność rolnicza pod panelami jest rzeczywista, a nie pozorowana?

Przede wszystkim poprzez wyniki produkcji, a nie deklaracje. Można monitorować powierzchnię rzeczywiście użytkowaną rolniczo, wielkość i jakość plonu, ciągłość prowadzenia produkcji oraz możliwość wykonywania typowych zabiegów agrotechnicznych. Dobrym rozwiązaniem byłoby odniesienie wyniku do powierzchni kontrolnej prowadzonej w podobnych warunkach bez instalacji PV. Wtedy można określić, czy produkcja pod instalacją rzeczywiście zachowuje charakter produkcyjny. Do tego dochodzą parametry środowiskowe: dostępność promieniowania fotosyntetycznie czynnego, wilgotność gleby czy zużycie wody. Nie potrzebujemy więc kolejnego papierowego oświadczenia. Potrzebujemy mierzalnych wskaźników rolniczych.

Ciekawa jest także kwestia systemowego wsparcia dla agrofotowoltaiki lub specjalnych regulacji prawnych. Jak powinny być skonstruowane przepisy, aby wspierały rzeczywistą produkcję rolną, a jednocześnie nie pozostawiały otwartej bramki do obchodzenia ograniczeń dot. klasycznych farm PV?

Przede wszystkim Polska potrzebuje jednoznacznej definicji agrofotowoltaiki. Obecny brak odrębnej kategorii prawnej powoduje niepewność zarówno dla rolników, jak i inwestorów. Regulacja powinna jasno stwierdzać, że produkcja rolnicza pozostaje podstawową funkcją gruntu. Następnie potrzebujemy kryteriów mierzalnych.

Mogłyby obejmować maksymalny udział powierzchni wyłączonej z produkcji, ocenę dostępności i równomierności promieniowania fotosyntetycznie czynnego dostosowaną do wymagań konkretnej uprawy, zachowanie określonego poziomu produkcji rolnej względem powierzchni referencyjnej oraz obowiązek prowadzenia rzeczywistej działalności rolniczej przez cały okres funkcjonowania instalacji. Ograniczenie mocy lub produkcji energii przypadającej na hektar może być kryterium pomocniczym, ale nie powinno zastępować oceny rzeczywistych efektów rolniczych.

Rozważyłbym również ograniczenie mocy lub produkcji energii przypadającej na hektar, jeżeli miałoby ono zapobiegać projektowaniu instalacji de facto jako klasycznych farm PV. Jednocześnie system nie może być tak sztywny, aby narzucał jedną geometrię wszystkim uprawom. Sad, warzywa gruntowe i produkcja polowa mają zupełnie inne wymagania. Regulacja powinna określać rezultat rolniczy, a nie projektować konstrukcję za inżyniera i rolnika.

Gdyby miał Pan wskazać jeden model agrofotowoltaiki, który w polskich warunkach ma największą szansę na masowe zastosowanie w ciągu najbliższych 10 lat, to jakby wyglądał? Jakie byłyby to uprawy, jaka konstrukcja paneli i jaki model własności.

Największy potencjał widzę w systemach podniesionych nad uprawą, projektowanych od początku pod wymagania produkcji rolniczej, a nie jako klasyczne farmy PV adaptowane do pola. W polskich warunkach szczególnie obiecujące wydają się uprawy warzywnicze i inne rośliny dobrze znoszące częściowe zacienienie, zwłaszcza tam, gdzie możliwe jest jednoczesne wykorzystanie konstrukcji do ograniczania stresu cieplnego, zmniejszania ewapotranspiracji i poprawy gospodarki wodnej co może mieć szczególne znaczenie w warunkach suszy glebowej i wysokich temperatur.

Gdybym miał wskazać jeden najbardziej pożądany  kierunek, byłby to wysoki, modułowy system agro-PV nad uprawami warzywniczymi, z ograniczonym udziałem powierzchni zacieniającej, pełnym dostępem dla maszyn i modelem własnościowym, w którym rolnik zachowuje realną kontrolę nad produkcją rolną i co najmniej uczestniczy w korzyściach energetycznych. Taki wariant ma największą szansę, by być traktowany jako infrastruktura rolnicza z funkcją energetyczną, a nie odwrotnie.

---

Michał Krajniak

Dziennikarz analityczny, który patrzy na energetykę przez pryzmat polityki i gospodarki. Opisuje wyzwania sektora oraz przygląda się postępującym trendom rynkowym.