Design experimentů s agrovoltaikou v agrolesnickém systému Michovky Za účelem zhodnocení technických, produkčních a ekologických aspektů AgPV byla v roce 2021 provedena experimentální instalace fotovoltaických panelů v alejovém agrolesnickém systému ve výzkumném pracovišti VÚKOZ Průhonice-Michovky (ALS-1; 0,8 ha), který tvoří 5 linií javorů, lip, jasanů a jeřábů ve směru SWW–JVV.
Hustota porostu je relativně vysoká (350 stromů/ha) a výška stromů 8-10 metrů před instalací AgPV. Pásy plodin mezi liniemi dřevin jsou široké 15 metrů a obhospodařuje je AGRO Jesenice se stejnými plodinami a podobnou agronomií jako na sousedním poli. Tři typy panelů (CIGS 135Wp, mono c-S 400Wp, mono c-Si bifacial 380Wp) byly ve dvojicích instalovány na vertikální konstrukce s možností různých sklonů (0°-70°) v řadě resp. pod korunou polovzrostlých lip (66 m dlouhý, 15 ks lip) v lednu 2021. Výška panelů ve svislé pozici je 3 m. Hlavní experimentální aktivity v pokusném systému AgPV Michovky zahrnují:
Sledování produkčních podmínek plodin v okolí panelů AgPV: Srážky, teplota vzduchu ve výšce 1,5 m, teplota povrchu půdy, teplota půdy a vlhkost -10 cm – byly monitorovány čidly (TOMST) 3 metry od fotovoltaických panelů a stromů a na blízkém 40 ha poli (kontrola) během vegetačních období 2022-2023 (v březnu až říjnu).
Sledování produkce elektřiny: během dvou let jsme měřili efektivitu výroby elektřiny u tří typů fotovoltaických panelů ve srovnání se standardními panely PV (na UCEEB) Využití elektřiny z AgPV pro zemědělskou činnost: Provedli jsme také tři experimenty se sušením energetické štěpky z topolů a vrb (RRD) elektřinou z AgPV v ostrovním režimu (V-VIII 2023; II-V 2024). Objem sušicích a kontrolních boxů byl 5,3 m3 (cca 1 tuna čerstvé štěpky). Ventilátor REMCO RAV 30 (650 W, vzduchový výkon 3300 m3/hod) vytvořil teoretický proud vzduchu 165 m3/hod/m2 přes sušící rošt. Pro modelování ostrovního režimu byl zvolen režim řízení proudění vzduchu — ventilátor se zapnul, když panely produkovaly více než 700 W.
Výsledky monitoringu ukázaly, že panely AgPV instalované ve liniích dřevin statisticky významně neměnily mikroklimatické a hydrické podmínky plodinového pole (jarní ječmen, ozimá pšenice) v blízkém okolí ve srovnání se stromy bez ApPV. Mnohem větší vliv na klimatické parametry měla orientace stromořadí, zejména v případě teploty půdy. Např. teplota půdy v 10 cm byla v okolí AgPV v měsíčních průměrech vyšší ve srovnání s prostředím stromů v roce 2023 pouze v květnu až červenci a to jen o 0,1 až 0,2 °C, zatímco jižní část příkmenného pásu ve srovnání se severním byla v měsíčních průměrech vždy teplejší a to o 0,5 °C v dubnu až o 3,2 °C v červnu. Podobně u teploty povrchu půdy byla průměrná měsíční teplota v prostředí stromů nižší pouze v dubnu a to o 0,1 °C, zatímco ve zbytku sledovaného období zde byla vyšší o 0,1 °C (v březnu až červnu) až o 0,3 °C v srpnu. V jižní části plodinového pásu byla ve všech měsících příkmenného pásu vyšší průměrná teplota povrchu půdy než v severním a to o 0,3 °C (v říjnu) až o 2,2 °C (v červenci). V případě teploty vzduchu v 10 cm byly zjištěny menší rozdíly než u teplot půdy. Mezi prostředím v okolí AgPV a stromů byly nejmenší byly zjištěny stejné průměrné měsíční hodnoty pro květen a červenec a ve zbylých měsících byly v
prostředí stromů průměrné měsíční teploty o 0,1 °C vyšší. Nicméně i u tohoto parametru byly v téměř každém měsíci roku 2023 během března až října průměrné měsíční teploty vzduchu vyšší v jižní části příkmenného pásu než v severním a to o 0,1 °C v březnu a dubnu až o 0,5 °C v září, s výjimkou října kdy byly stejné (12,3 °C). Průměrná týdenní suma srážek se pak lišila minimáࠀ ÷ Ù Å 䡴Љကlně jak mezi prostředím stromů a AgPV (v AgPV byla o 1,1 mm vyšší), tak mezi severní a jižní částí příkmenného pásu (na severní straně byla o 0,7 mm nižší než na jižní).
Poměrně překvapivým výsledkem bylo zjištění, že výtěžnost výroby elektřiny z panelů umístěných v těsné blízkosti a pod korunami stromů ALS Michovky byla poměrně vysoká mezi 63-89 % dle měrného výkonu FV panelů a 54-74 % podle plochy pro jednotlivé typy a nastavení panelů v roce 2022. Elektrická účinnost AgPV se následně v roce 2023 zlepšila až na 80-90%, když byly odstraněny větve, které byly nejblíže panelům a vytvářely tak stín během ranního období.
Při experimentu se sušením štěpky s využitím elektřiny z AgPV bylo v experimentálním roštovém boxu dosaženo snížení obsahu vlhkosti z původních 52 % na 12 % za 45 dní, zatímco v kontrolní variantě (bez proudění vzduchu) to bylo 32 %, což vedlo ke zlepšení parametrů pro energetické využití (výhřevnost + 5GJ/t, výskyt dřevokazných hub 4x nižší).
Naše výsledky experimentálního AgPV v AFS Michovky ukázaly, že FV panely mohou mít relativně dobrou produkci elektřiny, zejména pokud jsou koruny stromů vhodně modelovány a sklon panelů se mění podle ročních období. Odstranění několika stromů z ALS a následná instalace FV panelů neovlivnily parametry mikroklimatu (teploty vzduchu a půdy), a proto pravděpodobně neměly žádný další vliv na produkční parametry plodin v AFS. Výsledky experimentů se sušením štěpky prokázaly dobrý potenciál AgPV pro kombinaci s energetickým cyklem biomasy na úrovni farmy. Pokračovat budeme hodnocením experimentálního AgPV včetně hodnocení ekonomické efektivity AgPV na úrovni farmy nebo ve schématu energetické komunity.
Výzkum byl podpořen projektem TACR Theta TK04010166 „Komplexní řešení lokální a regionální energetiky jako součást opatření GreenDealu pro dosažení udržitelného zemědělského a lesnického hospodaření a byl dále prezentován na 6. evropské agrolesnické konferenci v Brně (EURAF Brno, viz níže) Citace Dupraz, C., Talbot, G., Marrou, H., Wery, J., Roux, S., Fabien, L., Ferard, Y., Nogier, A., 2011. To mix or not to mix : evidences for the unexpected high productivity of new complex agrivoltaic and agroforestry systems. Presented at the Resilient Food Systems for a changing world : 5th World Congress of Conservation Agriculture Resilient Food Systems for a changing world, p. 203.
Janota, L., Vávrová, K., Weger, J., Knápek, J., & Králík, T. (2023). Complex methodology for optimizing local energy supply and overall resilience of rural areas: A case study of Agrovoltaic system with Miscanthus x giganteus plantation within the energy community in the Czech Republic. Renewable Energy, 212, 738–750. https://doi.org/10.1016/j.renene.2023.05.077 Weger, J., Volf, P., Šinko, J., Černá, L., Janota, L., Vávrová, K., (2024)., Agrovoltaics in alley-cropping agroforestry systems – first results of experimental installation – 6th EURAF, Book of abstracts,pp 337. https://doi.mendelu.cz/pdfs/doi/9900/06/1400.pdf MichALS-1 (Experimental Agroforestry System Michovky – VÚKOZ Průhonice) http://www.agroforestrysystems.eu/en/michovka-2 Graf 1 : Průměrné maximální denní teploty v půdě (-0,1 m) tři metry od řady stromů agrolesnického systému Michovky s/bez fotovoltaických panelů (PV) na jižní/severní straně ve srovnání s podmínkami na kontrolním poli (FIELD) v dubnu, červenci a září 2023; červeně jsou označeny statisticky průkazné rozdíly a zeleně rozdíly neprůkazné.
Obrázky 1a-b: Monitoring teploty a vlhkosti vzduchu a půd pomocí sensorů TOMST – vlevo: na poli (kontrola) a vpravo: v Agrolesnickém systému Michovky (MichALS-1) - žlutě označena čidla na jih a sever linie stromů) Obrázky 2 a 3: vlevo – Průjezd kombajnu kolem panelů AgPV v agrolesnickém systému Michovky při sklizni pšenice v roce 2022 a vpravo – experimentální roštové sušící kóje s energetickou štěpkou (topoly, vrby) s nuceným oběhem vzduchu poháněným elektřinou z AgPV (jako-léto 2023).
PAGE ú ø í Ā Dd z V Ŀ Obrázek 5 D é Ñ ù ŵ Y IJ Ŗ Ű Ÿ Û ţ ä Z A į ā Ŧ p Đ B ċ Ĉ Õ ń Ĕ ķ ĥ ŀ Ć Ŏ Œ S ę ī P Ř Ò ň É Āąāā ÿ ò Obrázek 6 æ è ĭ j Ý Ã Ï Î Ţ oŀ ħ ć g Ő W Ģ ŝ C Ī Ş h Ķ × ġ č ś ũ ļ Í ņ n ď N ý c ij O Ĩ Ħ È R Ů Q ť Ð ç İ ē Ď ʼn ô ê Ç M ë Ť ő a ö ŗ ų l ł ŋ U u ã w ů X Ö Ņ Ę Ň Ø m Ô T Ĺ K IMG_20220808_133243 Ą Ŭ ð sRGB ăāāāā Ľ o Ļ ž á ĩ ýÿ ŭ þ ÿÿ Ü I e ğ y f Á ÿx à Ĝ Ŷ ż ß Þ ŏ ì şÿ ş Ì Š Ź ó Ú Ĵ v ñ Â Ě â ě ı Ĭ ă H Ŕ ŀð ģ Ŝ Ų F ō Ō ĉ ź Ł ĸ Ĥ Ŵ Ă Ż ŷ Ũ Normální Nadpis 4 Nadpis 5 Standardní písmo odstavce Zi Normální tabulka Bez seznamu ñN Nadpis 4 Char āN Nadpis 5 Char BB ĒB Základní text ġX Základní text Char Zápatí J ŁJ Zápatí Char Text komentáře šZČ Text komentáře Char ŲF Základní text 3 Základní text 3 Char Číslo stránky Odstavec se seznamem Záhlaví Záhlaví Char Default Revize Hypertextový odkaz ÿR Nevyřešená zmínka1 Grid Table Light Plain Table 2 Text bubliny Text bubliny Char article_citation_content Zvýraznění Plain Table 1 Mřížka tabulky hwtze rynqvb Sledovaný odkaz _Hlt184632386 _Hlt184632387ở q å E G b k r s t x Ä Ë Ó õ û ü ą Ċ Č đ ĕ Ė ė ĝ Ġ Į ĵ ľ Ń Ŋ œ ŕ ř Ś š ŧ Ū ū ű Ž Root Entry Data 1Table WordDocument SummaryInformation DocumentSummaryInformation MsoDataStore ÛLÚKSÜÁXÉÔÊÞY2ÓJTSÄÂOA==
Item Properties CompObj
