Razprava o agrofotovoltaiki se pogosto začne pri vprašanju, ali je smiselno na kmetijskih zemljiščih poleg hrane proizvajati tudi električno energijo. Tak pogled je precej ozek. Če je sistem dobro zasnovan, lahko elektrika, proizvedena na kmetiji, postane del njene osnovne infrastrukture in napaja procese, ki so bili doslej odvisni od dizelskega goriva ali elektrike iz omrežja.
To vključuje namakalne črpalke, hladilnice, prezračevanje, predelavo pridelkov in postopoma tudi kmetijsko mehanizacijo. Prav slednja odpira zanimivo vprašanje: ali bi lahko kmetija v prihodnosti pomemben del energije za lastno mehanizacijo proizvedla sama?
Električni traktorji so že na trgu, električni teleskopski nakladalniki prav tako, razvoj pa se pomika tudi proti težjim strojem. Če temu dodamo agrofotovoltaiko in baterijski hranilnik energije, dobimo precej drugačen pogled na prihodnost kmetijskega gospodarstva. Ne gre več samo za sončno elektrarno na kmetijskem zemljišču, ampak za povezovanje pridelave hrane, proizvodnje elektrike, hranjenja energije in električne mehanizacije v en sistem.
Električni traktor ni več samo prototip
Elektrifikacija kmetijske mehanizacije zaostaja za elektrifikacijo osebnega prometa, vendar prvi uporabni stroji niso več stvar laboratorijev in sejmov. Dober primer je Fendt e107 Vario, popolnoma električni traktor z baterijo kapacitete 100 kWh, 55 kW neprekinjene in do 66 kW največje moči. Omogoča AC-polnjenje do 22 kW in hitro DC-polnjenje do 80 kW.
Proizvajalec pri lažjih in srednje zahtevnih opravilih navaja približno štiri do sedem ur delovanja. Pri težjih delih je čas krajši, zato tak traktor še ne more v vseh razmerah nadomestiti velikih dizelskih strojev pri najtežji obdelavi tal. Lahko pa že danes prevzame pomemben del drugih opravil na kmetiji.
Še bolj naravno se elektrifikacija uveljavlja pri strojih, ki imajo predvidljive delovne cikle in se pogosto vračajo na isto lokacijo. Manitou MLT 625 e je na primer električni teleskopski nakladalnik z nosilnostjo 2,5 tone in višino dviga skoraj šest metrov. Takšni stroji se lahko med prekinitvami ali ponoči ponovno napolnijo, zato prehod na električni pogon pri njih zahteva manj sprememb v organizaciji dela.
Kaj pa kombajn?
Pri velikih žitnih kombajnih je razvoj še korak zadaj. Francosko podjetje Terafield razvija popolnoma električni kombajn z navedeno močjo približno 340 KM in do približno 30 hektarji dela z enim polnjenjem. Posebej zanimiv je predvideni sistem hitrega polnjenja z močjo do 1 MW.
To je povsem drug velikostni razred kot pri električnem traktorju. Kombajn mora v času žetve pogosto delati več ur brez daljših prekinitev, zato ni pomembno samo, koliko energije porabi, ampak predvsem, kako mu jo dovolj hitro zagotoviti. Razvijalec predvideva tudi dvosmerno polnjenje, kar pomeni, da bi lahko velika baterija kombajna izven sezone služila kot hranilnik energije. Danes gre še za razvojni koncept, vendar dobro kaže smer razvoja.
Koliko energije mehanizacija sploh potrebuje?
Pri elektrifikaciji kmetijstva lahko hitro dobimo vtis, da bi za pogon traktorjev, nakladalnikov in prihodnjih kombajnov potrebovali ogromne količine električne energije. Preprost primer pokaže drugačno sliko.
Predstavljajmo si večje poljedelsko gospodarstvo s 100 hektarji površin. Poraba dizelskega goriva se med kmetijami močno razlikuje, zato za primer uporabimo okvir med približno 60 in 90 litri na hektar letno. Če vzamemo srednjo vrednost 75 litrov na hektar, dobimo približno 7.500 litrov dizelskega goriva na leto.
Dizelskega goriva in električne energije ne moremo primerjati samo po energijski vsebnosti. Dizelski motor velik del energije izgubi kot toploto, električni pogon pa je bistveno učinkovitejši. Za grobo primerjavo lahko zato uporabimo približno štiri kilovatne ure električne energije za nadomestitev enega litra sedanje porabe dizla.
Pri 7.500 litrih to pomeni približno 30 MWh električne energije na leto.
Dejanska poraba bi bila lahko nekoliko nižja ali višja, vendar je pomemben predvsem velikostni razred. Elektrifikacija večjega dela mehanizacije 100-hektarske kmetije bi lahko zahtevala nekaj deset MWh električne energije na leto. To je precej manj, kot bi morda pričakovali.
Kaj lahko pri tem pomeni 500 kWp sončne elektrarne?
Če za primer vzamemo 500 kWp fotonapetostnega sistema in približno 1.050 kWh letne proizvodnje na vsak instalirani kWp, dobimo približno 525 MWh električne energije na leto. Dejanska proizvodnja je odvisna od lokacije, orientacije, konstrukcije, senčenja in drugih dejavnikov, vendar je za primerjavo pomembno predvsem razmerje.
Če bi električna mehanizacija potrebovala okoli 30 MWh na leto, bi za njen pogon porabili le približno 6 odstotkov letne proizvodnje 500-kWp sistema. To je eden najzanimivejših rezultatov takšne primerjave: na letni ravni količina električne energije očitno ni največja ovira elektrifikacije kmetijske mehanizacije.
Če dodamo še namakanje, je slika podobna. Za primer energijsko zahtevnejšega namakanja 30 hektarjev lahko uporabimo približno 45 MWh na leto, k temu pa dodamo še 15 MWh druge porabe kmetije.
| Poraba oziroma proizvodnja | Približno na leto |
|---|---|
| Električna kmetijska mehanizacija | 30 MWh |
| Namakanje 30 ha | 45 MWh |
| Druga poraba kmetije | 15 MWh |
| Skupna poraba | 90 MWh |
| Proizvodnja 500 kWp fotonapetostnega sistema | 525 MWh |
To ne pomeni, da je kmetija zaradi tega avtomatično energetsko samozadostna. Pokaže pa, da so letne potrebe po energiji za mehanizacijo in druge večje porabnike v primerjavi s proizvodnjo takšnega sistema relativno majhne.
Če je energije dovolj, zakaj potrebujemo BESS?
Glavni problem je čas. Sončna elektrarna največ proizvaja podnevi in v sončnem delu leta. Traktor mora delati takrat, ko je treba pripraviti tla ali sejati, namakanje takrat, ko rastline potrebujejo vodo, kombajn pa mora v kratkem času žetve opraviti veliko dela.
Zato ni dovolj vedeti samo, koliko elektrike proizvedemo v enem letu. Pomembno je tudi, koliko moči lahko zagotovimo takrat, ko jo potrebujemo. Pri električnem traktorju govorimo o polnilni moči okoli 80 kW, pri prihodnjem električnem kombajnu pa bi lahko govorili o več sto kilovatih ali celo enem megavatu.
BESS oziroma baterijski hranilnik električne energije lahko tu opravi dve pomembni nalogi. Energijo shrani takrat, ko je je dovolj, in jo odda pozneje, hkrati pa lahko za kratek čas zagotovi bistveno večjo moč, kot jo omogoča običajen priključek.
Če na primer kombajn potrebuje 500 kW ali 1 MW, se lahko baterija več ur polni z manjšo močjo iz sončne elektrarne in omrežja, nato pa energijo v kratkem času odda stroju. Na podoben način lahko hranilnik podpira črpalke, hladilnice in druge večje porabnike, povečuje lastno uporabo proizvedene elektrike ter zmanjšuje visoke konice porabe.
Takšno povezovanje proizvodnje, hranilnika in omrežja je že danes običajen del večjih hibridnih energetskih projektov. Primer je tudi STELLAR-jev projekt hibridne sončne elektrarne Črnomelj (PV + BESS).
Omejitev lahko postane tudi omrežje
Pri večjih sistemih se hitro pojavi še drugo vprašanje: ali lokalno omrežje sploh zmore takšne moči? To je posebej pomembno na podeželju, kjer vodi in transformatorske postaje pogosto niso bili načrtovani za velike količine elektrike, ki bi se iz večjih sončnih elektrarn vračale v omrežje.
Pri proizvodnih napravah nad 250 kW se priključitev praviloma načrtuje na srednjenapetostnem omrežju. Za 500-kWp projekt lahko to pomeni dodatno transformatorsko postajo, nov priključni vod ali druge posege, ki povečajo strošek in podaljšajo izvedbo. Prav zato je smiselno možnosti priključitve preveriti že zelo zgodaj v razvoju projekta.
Pri tem ni vedno nujno, da omrežje sprejme vso proizvodnjo elektrarne. Slovenska zakonodaja že omogoča prožno priključitev. Poenostavljeno to pomeni, da lahko sistem svojo oddajo ali odjem prilagaja dejanskim možnostim omrežja. Za kmetijo z agrofotovoltaiko in BESS je to lahko zelo uporabno: del energije se porabi neposredno, del se shrani, v omrežje pa se odda le toliko, kolikor ga lahko v tistem trenutku sprejme.
Tako BESS ne pomaga samo kmetiji, ampak lahko zmanjša tudi obremenitev omrežja.
Kaj če omrežje odpove?
Kombinacija sončne elektrarne, BESS in ustreznega sistema upravljanja lahko kmetiji omogoči tudi večjo odpornost ob izpadih. Pri pravilno zasnovanem sistemu se lahko del kmetije ob izpadu varno loči od javnega omrežja in določen čas deluje otočno. Tako je mogoče ohraniti delovanje kritičnih porabnikov, kot so prezračevanje v živinoreji, hlajenje mleka ali pridelkov, črpalke in krmilni sistemi.
Takšno otočno obratovanje mora biti tehnično ustrezno izvedeno in usklajeno z distribucijskim operaterjem, predvsem zato, da elektrika med izpadom ne more steči nazaj v javno omrežje.
Popolnoma samostojna kmetija brez povezave z omrežjem je prav tako tehnično mogoča, vendar zahteva bistveno večjo proizvodnjo in večji hranilnik, da lahko preživi tudi zimska in daljša oblačna obdobja. Za večino kmetij bo zato verjetno bolj smiselna kombinacija omrežja, lokalne proizvodnje, BESS, pametnega upravljanja in možnosti začasnega otočnega delovanja.
Pri kmetijah z več ločenimi lokacijami lahko dodatno možnost predstavlja tudi souporaba energije, ki jo slovenska zakonodaja omogoča od julija 2026. Ta omogoča obračunsko povezovanje proizvodnje in porabe na različnih merilnih mestih, ne odpravi pa fizičnih omejitev omrežja.
Agrofotovoltaika mora najprej ostati kmetijstvo
Pri vseh energetskih možnostih mora ostati osnovno pravilo jasno: kmetijsko zemljišče mora najprej služiti kmetijstvu. Prava agrofotovoltaika mora biti zasnovana tako, da kmetijska proizvodnja ostane primarna. Razporeditev in višina modulov, razmiki med vrstami, senčenje in način temeljenja morajo biti prilagojeni temu, kar se na zemljišču prideluje in s kakšno mehanizacijo se dela.
Energetski projekt zato ne bi smel nastati prvi, kmetijska raba pa se mu nato prilagajati. Oboje je treba načrtovati skupaj.
Slovenska zakonodaja trenutno postavlja precej ozke meje. Redna postavitev agrofotovoltaike je med drugim vezana na zemljišča z boniteto do 35, predvsem na trajne travnike oziroma določena zemljišča v zaraščanju, na katerih se ponovno vzpostavi travnik. Pomembna omejitev je tudi, da agrofotovoltaike ni dovoljeno postavljati na območjih uvedenih ali že zgrajenih namakalnih sistemov.
Zato zgornjega primera ne smemo razumeti tako, da bi bili 500-kWp agrofotovoltaika, namakalni sistem in vsi drugi porabniki postavljeni na isti parceli. Gre za pogled na energetske potrebe celotnega kmetijskega gospodarstva, pri katerem so posamezni sistemi lahko prostorsko ločeni.
Podrobneje smo slovenski pravni okvir že obravnavali v prispevku Agrofotovoltaika v Sloveniji: kaj po spremembi Zakona o kmetijskih zemljiščih dejansko dovoljuje pravni okvir.
Slovenija že zbira prve izkušnje
Kmetijski inštitut Slovenije je na Brdu pri Lukovici nad nasadom jablan sorte Fuji postavil prvi slovenski pilotni sistem agrofotovoltaike z močjo 52 kWp. Pri projektu ne spremljajo samo proizvodnje električne energije, ampak tudi vpliv senčenja na mikroklimo, rast dreves ter količino in kakovost pridelka.
To je ključno za prihodnji razvoj. Dober projekt mora odgovoriti na dve vprašanji hkrati: koliko energije lahko proizvede in kaj zaradi tega pridobi ali izgubi kmetijska proizvodnja? Če drugega vprašanja ne postavimo, ne govorimo več zares o agrofotovoltaiki.
Kmetija kot energetski sistem prihodnosti
Če vse elemente povežemo, se začne kazati drugačna podoba kmetije. Čez dan proizvaja elektriko. Del porabi neposredno za črpalke, hlajenje ali polnjenje strojev, del shrani v BESS in ga uporabi pozneje. Če omrežje ne more sprejeti celotne proizvodnje, sistem oddajo omeji in presežek začasno shrani. Ob izpadu lahko najpomembnejši porabniki začasno nadaljujejo z delom v otočnem načinu.
S tem kmetija ni več samo porabnik goriva in električne energije, ampak postane tudi proizvajalec, hranilnik in upravljavec lastne energije.
Ali lahko sonce torej poganja kmetijo?
Če pogledamo samo količino energije, je odgovor precej spodbuden. V našem primeru bi električna mehanizacija 100-hektarske kmetije potrebovala okoli 30 MWh elektrike na leto, 500-kWp fotonapetostni sistem pa bi lahko proizvedel približno 525 MWh. Tudi če dodamo namakanje in druge porabnike, bi skupna letna poraba še vedno predstavljala le manjši del proizvodnje.
Pravi izziv zato verjetno ne bo, ali imamo dovolj energije, ampak kako jo ob pravem času in z dovolj veliko močjo pripeljati do stroja. Pri tem bodo pomembni BESS, dovolj zmogljivi priključki, pametno upravljanje energije, prožne rešitve za uporabo omrežja in razvoj pravil, ki bodo omogočala širšo uporabo agrofotovoltaike tam, kjer je to smiselno tudi za kmetijsko proizvodnjo.
Prav tu se agrofotovoltaika, baterijski hranilniki, omrežje in električna mehanizacija srečajo v eni zgodbi. Če jih načrtujemo skupaj, lahko agrofotovoltaika postane precej več kot samo dodaten vir električne energije. Lahko postane del energetske infrastrukture prihodnje kmetije.
Opomba k izračunom
Številke v članku so namenjene prikazu velikostnih razmerij in ne predstavljajo načrta konkretne kmetije. Dejanska poraba je odvisna od vrste kmetovanja, tal, uporabljene mehanizacije, načina namakanja in drugih pogojev, proizvodnja sončne elektrarne pa od konkretne lokacije in zasnove sistema.
Pred izvedbo konkretnega projekta je zato treba preveriti dejanske energetske potrebe kmetije, priključne možnosti, način obratovanja BESS ter veljavne prostorske in kmetijske pogoje.
