Körkép az agrosolar technológiáról

Megfelelő előkészületek, mérések és infrastruktúra esetén az agroPV rendszerek a növénytermesztéssel az állattartással egyaránt képesek szinergikus kölcsönhatásba lépni. A rendszereknek otthont adó kísérleti létesítmények gyakran rendelkeznek kontroll mezőgazdasági területekkel, amelyek viszonyítási alapként szolgálnak a növények fejlődésére gyakorolt hatások vizsgálatához. A PV Magazine által bemutatott kutatás szerint a rendszerek alatt termesztett növények jelentősen jobban fejlődtek, mint a hagyományos módszerekkel termesztettek, az árnyékolás és a mikroklíma javulása pedig hozzájárul a növények egészségesebb és gyorsabb növekedéséhez.[4] A növények közül leginkább a salátafajták, a levelesek, illetve a bogyós gyümölcsök számára kedvező az agroPV rendszer. Ezek esetében ugyanis nemcsak hozamnövekedésről, de minőségbeli javulásról is lehet beszélni: a saláta levelei nagyobbak, a szőlő savassága pedig kiegyensúlyozottabb.  A szőlő esetében a napelemeket tartó állványok akár támrendszerként is használhatóak.[5] Az agroPV gazdálkodás jelenleg az árnyéktűrő növények esetében működik jobban, de a technológia fejlődésével – például az áttetsző napelemek megjelenésével – akár a napfénykedvelő növényfajok esetében is alkalmazható lehet.

A szinergikus hatás az állattartás esetében is jelentkezik: erős napsütésben, főképpen a nyári időszakban a legelő állatok árnyékba tudnak húzódni, cserébe karbantartják a sorok között növekvő növényeket. Ez a lehetőség a hagyományosan felépített napelemparkokban is adott, viszont nem minden állat ideális a napelemek közötti tartásra: leginkább a baromfi és birka tartása válik be ilyen körülmények között.[6]

A módszer alkalmazásának előnyei

A földhasználat gazdaságosságának növelése mellett az agroPV rendszer legnagyobb előnye a napelemek által létrehozott mikroklímában fedezhető fel. Ezek az alábbi, kedvező hatásokat eredményezik:

- az elérhető fénymennyiség optimalizálása napkövető PV rendszerek segítségével;

- a túlzott napsugárzás elleni védelem biztosítása a növények és a talaj számára egyaránt;

- az öntözési igény akár ötödével való csökkentése a növényzetet érő hőmérséklet, valamint a növényzet és a talaj együttes párolgásának mérséklésével;

- a csapadék irányított elvezetésének és a későbbi öntözés céljából való összegyűjtésének lehetősége a napelemek segítségével;

- védőhálók vagy fóliák rögzítésének lehetősége a napelempanelek állványaira;

- a növények párologtatása miatti természetes hűtőhatásnak köszönhetően a PV panelek teljesítményének növekedése;

- a kétoldalú panelek teljesítményének fokozása a nagyobb horizontális és vertikális telepítési távolságok által;

- a szélerózió mértékének csökkentése;

- a talaj termelékenységének akár 60-70%-kal való növelése;

- a terület gazdasági értékének akár 30%-os emelkedése;

- kettős hasznosítás révén a földterületek hasznosítására irányuló, a mezőgazdasági és ipari szektor közötti közötti verseny csökkentése;

- lehetőség a mezőgazdasági egységek (farmok) önellátó megújuló forrásból származó energiatermelésére és/vagy -ellátására; továbbá

- komplex agroPV rendszerekkel az intenzív emberi tevékenységtől és a káros mezőgazdasági eljárások használatától mentes környezet kialakításának lehetősége, mely kedvező életfeltételt jelent a különféle rovar- és méhpopulációknak is, lehetőséget teremt akár méhrezervátum kialakítására, ami a termesztett növények beporzása szempontjából is kifejezetten előnyös.[7]

Nemzetközi példák

Belgium: 2020-ban kísérleti projekt indult, amely azt vizsgálta, hogy lehetséges-e körtefákat termeszteni napelemek között. 2021-ben egy második kísérleti projektet indítottak el, amely vetésforgóban próbálja ki a szántóföldi kultúrákat, összehasonlítva a statikus kétoldalú és az egytengelyes napkövető rendszert.

Chile: a dél-amerikai országban 2017-ben három, 13 kWp teljesítményű agroPV rendszer épült. A Santiago Metropolitan Régió által támogatott projekt célja az volt, hogy tanulmányozzák azokat a növényeket, amelyek számára hasznos a rendszer árnyékolása. A megtermelt villamos energiát a mezőgazdasági termékek tisztítására, csomagolására és tárolására használt létesítmények áramellátásra használták, szándékosan olyan régiókban, ahol sok az áramszünet.

Egyesült Államok: A napelem-forgalmazó SolAgra vállalat a Kaliforniai Egyetem Agronómiai Tanszékével együttműködve folytat kísérleteket az agroPV koncepciója kapcsán. Az együttműködés eredményeként létrejött első rendszer 0,4 hektáron terül el, ahol többféle növény reakcióit is tanulmányozzák. Emellett több egyetem is vizsgálja az agroPV-ben rejlő lehetőségeket: az Arizonai Egyetem a „Bioszféra 2” projekt, a Massachusetts-i Egyetem pedig a „Stockbridge School of Agriculture” projekt keretén belül. A coloradói Jack's Solar Garden 3200 napelem alatt termeszt zöldségeket, a Shell leányvállalata, a Savion pedig 2024-ben kapott jóváhagyást 6050 hektáros, 1 milliárd dolláros, 800 MW-os Oak Run Solar Projektjéhez az Ohio állambeli Madison megyében.

Franciaország: a 2000-es évek eleje óta kísérleti jelleggel építenek napelemes üvegházakat Franciaországban: az Akuo Energy cég 2007 óta fejleszti az „agrinergie” koncepcióját, a Tenergie cég pedig 2017-ben kezdte meg PV üvegházak telepítését, amelyek architektúrája szórja a fényt, hogy csökkentse a napelemek által létrehozott fény- és árnyéksávok közötti kontrasztot. az INRA, az IRSTEA és a Sun'R cégek 2009 óta dolgoznak közösen a Sun'Agri programon: az első, helyszínen telepített prototípus 0,1 hektárnyi területen épült fel 2013-ban, a már említett Montpellier -ben.

Horvátország: 2017-ben Virovitica-Podravina közelében egy 500 kWp teljesítményű, nyílt terepen működő rendszert telepítettek. Az itt végzett mezőgazdasági tanulmányokat az eszéki egyetem és a szlatinai agrármérnöki iskola támogatja. Az áramtermelést az öntözőrendszerhez és a mezőgazdasági gépekhez használják fel, míg a rendszer alatt jelenleg az árnyékot igénylő növényeket tesztelik.

Japán: az Akira Nagashima által 2004-ben létrehozott, leszerelhető és áttelepíthető PV-struktúrával a Japán agroPV rendszer volt az első a világon, mely lehetővé tette a gazdálkodók számára a napelemeknek a vetésforgók igényei szerinti eltávolítását vagy áthelyezését. Az eltelt 20 évben számos (vegyesen statikus és mobil) létesítmény épült ki több MW kapacitással, melyek közül kiemelendő egy 2018-ban, 54 hektáron létrehozott 35 MW-os installáció. A rendszer a talaj felett két méterrel lévő panelekből áll, amelyeket betonalapba helyezett acélcölöpökre szereltek. Az így létrehozott struktúra árnyékolási aránya több mint 50%, ami magasabb, mint a Nagashima-féle rendszerre jellemző 30% árnyékolás. A panelek alatt a gazdák ginzenget, ashitabát és koriandert termesztenek műanyag alagutakban. Az agroPV rendszert népszerűsíti a szigetországban, hogy japán kormány jelentős támogatásokat, úgynevezett „feed-in-tariff”-okat (FIT-eket), vagyis átvételi tarifákat ad a helyi energiatermelésre, ami lehetővé teszi, hogy a földtulajdonosok sokkal több bevételre tegyenek szert az energiatermelésből, mint a mezőgazdaságból.

Kanada: egy 2023 februárjában megjelent tanulmány[8] szerint a mezőgazdasági területek mindössze 1%-át használva az ország elektromos energiaszükségletének egynegyedét függőleges kétoldalas PV-k, több mint egyharmadát pedig egytengelyes nyomkövető PV-k segítségével tudnák biztosítani a mezőgazdasági villamosenergia-termelők. Ehhez azonban mind Ontarióban, mind pedig Albertában átfogó szabályozási reformokra van szükség, így az agroPV kanadai elterjedése még várat magára.

Kína: az 1988-ban alapított kínai Elion csoport 30 éve küzd a Kubuqi régió elsivatagosodása ellen., mely során agroPV rendszereket telepítettek a növények védelmére és az elektromos áram előállítására. Wan You-Bao kínai feltaláló 2007-ben szabadalmat kapott a sivatagban termesztett növények védelmére szolgáló, napelemekkel felszerelt árnyékolórendszerre.

Németország: 2011-ben a Fraunhofer Institute ISE kezdte meg az agroPV rendszerek fejlesztését.  A kutatás az APV-Resola projekttel folytatódott, amely 2015-ben kezdődött és 2020-ban fejeződött be. Az első, 194,4 kWp-s prototípust 2016-ban építette a Hilber Solar (ma AgroSolar Europe) egy 0,5 hektáros területen Herdwangenben. A Fraunhofer Institute 2023-ban Bajorországban egy komlótermeléssel összekapcsolt napelemrendszer átadását támogatta, 2024-ben pedig egy Baden-Württembergben létrejött projekt szimulálja a facsemeték számára egy meglévő erdő árnyékolását, egyidejűleg ellátva árammal a területen található kvarchomok-feldolgozót.[9] Bár ezek a kísérletek eredményesnek bizonyulnak a kutatási környezetükben, a szakértők szerint a technológia széleskörű elterjedését két dolog akadályozza: egyfelől Németországban nem tartoznak az agroPV rendszerekhez FIT-ek, valamint a PV alapú energiatermelés gazdaságilag nem eléggé kifizetődő az országban.

Olaszország: az olasz REM TEC cég 2009-ben kifejlesztett egy kéttengelyes, napelemes nyomkövető konstrukciót, 2011 és 2012 között pedig már több MW kapacitású agroPV rendszert telepített. A napelemeket 5 m-rel a talaj felett helyezték el a mezőgazdasági gépek működése érdekében, továbbá a vállalat a tartószerkezetbe integrált, automatizált árnyékolóháló-rendszereket is alkalmaz. A PV panelek takarása miatti árnyék kevesebb, mint 15%, hogy minimalizálják a terményekre gyakorolt hatását. A REM TEC kifejlesztett továbbá egy üvegházszerkezetbe integrált, kéttengelyes nyomkövető rendszert is: a struktúrát alkotó napelemek helyzetének szabályozása az üvegházi mikroklíma optimalizálását segíti elő. Az olasz Új Technológiák, Energia és Fenntartható Gazdasági Fejlődés Nemzeti Ügynöksége (ENEA) a Nemzeti Helyreállítási és Rugalmassági Terv "Zöld forradalom és ökológiai átmenet" küldetésének részeként elindította a fenntartható agroPV rendszerek nemzeti hálózatát. A szervezet célja, hogy 30 GW-tal növelje az ország napelem-kapacitását, aminek (számításai szerint) a felét az olasz mezőgazdasági területek mindössze 0,32%-ának PV-rendszerekkel való lefedésével el lehetne érni.  

Portugália: egy 2024 áprilisában megjelent tanulmány[10] rámutatott, hogy mivel Portugália a napenergia-termelés szempontjából kedvező éghajlati jellemzőkkel rendelkező ország, a mezőgazdaság és a PV rendszerek kombinálása energiatermelési és pénzügyi szempontból is nagyon előnyös lehet. A jelentős kezdeti beruházási költségek ellenére a megtérülési idő a hagyományos technológiák alkalmazásával sem haladja meg az 5 évet. A tanulmány szerzői arra a következtetésre jutottak, hogy az agroPV többet ér, mint a csak fotovoltaikus vagy csak mezőgazdasági termelés.

Spanyolország: 2022-ben Guadamur városa mellett kísérleti projekt indult, melyben a napelemek mesterséges intelligenciával vezérelt motorokkal vannak felszerelve.[11] A gyakorlatban ez lehetővé teszi, hogy a modulok állása mindig a növények igényeihez igazodjon, így a napsugarak beesési szögének megfelelően tudnak árnyékolni és a hőmérsékletet szabályozni. A mérések szerint ezzel a technológiával kiegyensúlyozottabb termesztés és jobb termésminőség érhető el.

Hazai példa

Az E.ON Hungária Zrt. 2024 augusztusában jelentette be, hogy kísérleti jelleggel a Kaposvár melletti Toponáron, egy kisebb napelemes parkban kívánja juhok legeltetésével karbantartani a területet.[12] Az energiaszolgáltató cég úgy nyilatkozott, hogy szezonális jelleggel, tavasztól őszig bérlik az állatokat, amelyek a kaszálást, fűnyírást és gyomirtózást hivatottak helyettesíteni. Ez, amellett, hogy csökkenti az ÜHG-kibocsátást (az E.ON tájékoztatása szerint korábban egy-egy alkalommal 25 liter benzint használtak el fűnyírásra), mérsékelt megtakarítást is jelent a cég számára. Bár a juhok bérlése és szállítása (kérdés, hogy a fuvarozás hogyan viszonyul a megtakarított 25 liter benzinhez…) mellett egyszeri kiadásként állattartásra is alkalmassá kellett tenni a parkot (karám, itató és akol kialakításával). A társaság úgy nyilatkozott, hogy még ezzel együtt is az eddigi karbantartási költségek 30%-át takarítják meg. Hozzá kell tenni ugyanakkor, hogy mind a károsanyag-kibocsátás, mind a kiadások csökkenése a kísérlet kis méreteiből fakad, ha ugyanis a napelempark állománynövelésre készteti a bérbe adó gazdákat, akkor a nagyobb számú állat akár növelheti is az ÜHG-kibocsátást.

A magyarországi agroPV rendszerek kapcsán ki kell emelni a szabályozás kérdését is. Mivel hazánkban a napelemes beruházások legnagyobb része termőföldeken történik, ezért napelempark létesítéséhez legtöbbször a termőföld ingatlan-nyilvántartási átminősítése szükséges. Ez rendkívül szigorúan szabályozott terület, az alapul fekvő ingatlan besorolásának módosításához főszabályként az ingatlanügyi hatóság engedélyét is be kell szerezni.  AgroPV rendszerek telepítése esetén azonban nincs szükség a nevezett átminősítésre, ugyanis ennek részleteit nem szabályozza a magyar jogi környezet. 

A módszer alkalmazásának kritikája

A PV-rendszerek és természet közötti szimbiózis nyilvánvaló előnyei mellett többen kritikákkal is illették a megoldást. Egy 2016-ban a témával kapcsolatban megjelent, átfogó tanulmány[14] szerint

- az árnyékolás miatt a búza, valamint az ahhoz hasonlóan fényigényes növények termesztésére nem alkalmasak az agroPV rendszerek,

- az üvegházak esetében kialakított rendszerek hatékonysága további fejlesztéseket igényel (földre telepített PV-rendszerek hatékonyságához és a hagyományos üvegházban termesztett növények terméshozamához viszonyítottan a szimulációk alapján kapott terméshozam és a termelt villamosenergia-mennyiség is alacsonyabb volt),

- a szántóföldi munkagépek nagyobb mértékű kiporzást okoznak egy hagyományos PV parkhoz mérten, ami a panelek gyakoribb mosását, így a karbantartási költségek növekedését eredményezheti, valamint

- a kivitelezés költségei a technológiai kihívások miatt magasabbak lehetnek egy hagyományos napelemparkénál.[15]

[4] Goetzberger, A.; Zastrow, A. "On the Coexistence of Solar-Energy Conversion and Plant Cultivation" (1982. január 1.).

[5] Schindele, Stephan, Trommsdorff, M.; Schlaak, A.; Obergfell, T.; Bopp, G.; Reise, C.; Braun, C.; Weselek, A.; Bauerle, A.; Högy, P.; Goetzberger, A.; Weber, E. „Implementation of agrophotovoltaics: Techno-economic analysis of the price-performance ratio and its policy implications” (2020. május 1.).