Agrivoltaics for at kombinere “rigtige” gårde med solfarme

Solfarme?

Solar er hurtigt ved at blive en vigtig energikilde. Markedet for solenergi er vokset enormt de seneste år, og forventes fortsat at vokse med 15,4 % CAGR i USA indtil 2030.

Kilde: Grand View Research

Den vestlige adoption af solenergi er faktisk overskygget af den globale vækst, hvor Kina leder an og står for flere solenergi‑projekt‑pipeline end resten af verden samlet.

Kina har år efter år øget sin vedvarende energikapacitet og installerede mere solenergi mellem 2023 og 2024 end de foregående tre år samlet, samt mere end den samlede globale kapacitet, der blev installeret i 2023.

Dette har sat den asiatiske gigant på kurs mod at opnå en installeret vind‑ og solkapacitet på 1.200 GW inden årets udgang, hvilket placerer den seks år foran regeringens mål.

Kilde: Energy Wind Down Media

Dette har fået vigtige publikationer som The Economist til bogstaveligt at kalde det en ny æra. Vi undersøgte, hvilken ny teknologi der vil gøre det til virkelighed i “The Solar Age – A Bright Future To Mankind”.

Kilde: The Economist

Fremskridt inden for fremstilling af halvledere og en voksende stordriftsfordel i produktionen af solpaneler har ført til et støt fald i fotovoltaikomkostninger, som er blevet 30 gange billigere siden 1990. Som følge heraf dominerer fotovoltaikteknologien nu solenergiindustrien.

Kilde: EIA

Dog begynder solenergi at støde på et problem. Dette skyldes, at solenergi har relativt lav energitæthed, når man ser på jordforbruget.

Faktisk er det en af de mindst effektive energikilder med hensyn til jordforbrug, kun overgået af lige så CO₂-neutrale vind‑, vandkraft og biomasse.

Kilde: Wouter Beel Gravendeel

Dette fører til situationer, hvor landbrugsjord eller naturlige levesteder dækkes af solpaneler for store solfarme. Så selvom dette reducerer CO₂‑udledninger, medfører det mange uønskede bivirkninger, fra ødelæggelse af naturlige levesteder til risiko for erosion, især i bjergområder.

For eksempel kan man i Fujian‑provinsen i Kina se hele disse bakker dækket af solpaneler.

Kilde: The Atlantic

Mangel på dyrkbart jord

Dette er et voksende problem, da vi allerede mister store mængder dyrkbart jord hvert år, op til 100 millioner hektar årligt. Den største faktor i disse tab er ikke solfarme, men erosion, ørkendannelse, urbanisering, dårlige landbrugspraksisser osv.

Dette betyder dog ikke, at løsningen på ét problem (CO₂‑udledning) skal blive et problem for et andet stort problem (tab af dyrkbart jord).

Nogle løsninger er indlysende, såsom at udnytte tage, især industrielle bygninger, men også boliger. Udnyttelse af ørkenområder kan være en anden mulighed, men disse er også skrøbelige økosystemer, og fjernelse af støv forbruger store mængder lokalt knappe vandressourcer.

Disse kan være en del af løsningen, men for at solenergi skal erstatte fossile brændstoffer fuldstændigt, skal den fortsætte med at vokse i tocifret tempo i årtier. Jordforbruget vil blive et problem.

Derfor vil den bedste løsning være at kombinere landbrug og energiproduktion ved hjælp af en metode kaldet agrivoltaics (landbrug + fotovoltaik).

Kilde: Dezeen

Landbrugsbygninger

Den enkleste måde at integrere solenergi i landbrug på er først at udnytte de bemærkelsesværdigt store tagflader på landbrugsbygninger. Fra hørlagring til garager og stalde har mange landbrugsbygninger høje, store, ensartede tage, der er perfekte til installation af solpaneler.

Kilde: X/Twitter

Selvom det måske ikke teknisk set er agrivoltaics, er dette et første skridt, der burde være taget i går.

Dette bør også være en nøglekomponent i at skifte landbruget væk fra fossile brændstoffer gennem nogle komplementære initiativer, som uanset vil være nødvendige for andre former for agrivoltaics:

• Elektrificering af traktorer og landbrugsmaskiner.
  • Dette vil i høj grad afhænge af bedre batterier, da for tunge eller ikke tilstrækkeligt autonome traktorer vil gøre muligheden økonomisk uholdbar.
  • Dette kan også ske gennem øget adoption af landbrugsrobotter, et emne vi udforskede i “Investors Should Take Note: Robotics Is Taking Over Farming”.
• Billig energilagring til at gemme den nødvendige strøm til solfri dage eller vinter.
  • Dette kan især opnås med termiske batterier, som kan bruges til at lagre solenergi og holde landbrugsfaciliteter som indendørs dyrehuse varme om vinteren.
• Mere decentraliserede og robuste elnet, så produktionen fra fjerntliggende gårde kan føres ind i netværket.
• Tilstrækkelig finansiering, da landbrug allerede er en lavmargin‑ og højkapitalforretningsmodel, vil de fleste landmænd være tilbageholdende med at investere, hvis renten er for høj.
  • CO₂‑prissætning kan også spille en rolle ved at give landmænd mulighed for at reducere deres emissioner med solpaneler.

Landbrugsenergi

Det primære problem ved at kombinere landbrug og solenergi er, at de i teorien konkurrerer om den samme ressource: sollys.

Sollys er trods alt energikilden for de planter, der dyrkes, hvad enten det er afgrøder eller græs på en græsmark. På en måde høster landbruget allerede solenergi, dog i form af spiseligt biomasse i stedet for elektricitet.

Så ved første øjekast kan det synes som en pipe‑dream. Men ved nærmere undersøgelse er det mere komplekst end blot, at planter har brug for solen, som solpanelerne tager fra dem.

Fotoinhibition

Selvom det er en bekvem forenkling, kan plantens fotosyntese forklares som et simpelt skema som

“Indgangslys, vand og CO₂ → udbytte sukker”, processen er faktisk meget kompleks.

Noget, der ofte forekommer under reelle åbne markforhold, er et fænomen kaldet fotoinhibition.

Dette sker, når sollyset er for intensivt for planten at absorbere, hvilket forårsager produktion af skadelige radikale oxidationsmolekyler. Dette beskadiger plantens fotosyntetiske evne og reducerer afgrødeudbyttet.

Kilde: Frontiers In Plant Science

Det betyder, at på de fleste sommerdage, især i sydlige breddegrader, er sollyset for stærkt og skadeligt for afgrøderne. Det betyder også, at størstedelen af sollysets energi er “spildt” og ikke opfanget af afgrøden.

I denne sammenhæng vil korrekt placerede solpaneler give gavnlig skygge, især i de mest solrige timer.

Reducer vandforbrug

Den ekstra skygge bør også begrænse varmen på jordniveau, da ekstrem varme skader afgrødeudbyttet. Den kan samlet set reducere vandingsbehovet.

I nogle tilfælde kan solpanelet endda være en kilde til vanding. Dette skyldes panelernes tendens til at kondensere vand fra morgendug og lade det “regne” ned under dem.

Denne effekt kunne være endnu stærkere, hvis vi anvendte vandabsorberende hydrogel under de fotovoltaiske solpaneler. Dette udnytter kun spildvarmen fra solpanelet, ikke lyset, der bruges til at producere elektricitet.

Om natten samler materialet vandmolekyler. Men om dagen, når solen varmer solpanelet, fordamper vandmolekylerne og tager også overskydende varmen med sig.

Industry Tap

Køling af solpaneler

Solpaneler kan hjælpe med at beskytte planterne mod overskydende lys, køle dem ned og reducere vandbehovet.

Dog kan planterne på marken også forbedre solpanelernes effektivitet. Dette skyldes, at solpaneler også kan lide under overskydende sollys. Det optimale temperatur for et solpanel er omkring 25 °C (77 °F). For hver grad Celsius over dette falder et solpanels effektivitet typisk med 0,3 % til 0,5 %.

Dette er ofte et problem for solfarme i varme ørkenområder, hvor temperaturer på >40‑45 °C kan alvorligt skade projektets økonomi.

Ved konstant at fordampe vand og skabe et fugtigt jorddække køler afgrøderne de første meter af luft over jorden. Dette kan køle solpanelet og øge udbyttet med flere procent, især på de varmeste sommerdage.

Integration af husdyrhold & solenergi

I ikke‑ørkenområder er et almindeligt problem, som solfarmoperatører møder, behovet for at holde græsvæksten under kontrol, ellers vil græsset skygge for solpanelerne.

Dette håndteres oftest ved at ansætte folk til at køre græsslåmaskiner for at klippe græsset. Ironisk nok er disse ofte brændstofdrevne.

Et alternativ er at integrere solfarmen med græsspisende dyr som får, gæs eller køer. I stedet for at slå græsset med brændstof, spises det og omdannes organisk til mælk, uld, kød og læder.

Dette kræver en smule dedikeret design, da operatøren skal sikre, at dyrene ikke tygger på kabler eller beskadiger panelerne. Overordnet set vil dyrene kunne nå græsset i alle hjørner og samtidig generere indtægt fra jorden, i stedet for at skulle betale en vedligeholdelsestekniker.

Som en ekstra bonus vil panelerne også give dyrene ly fra sol og regn.

Kilde: Rated Power

Støtte til vinstokke

Et muligt design, som kun lige er begyndt at blive udforsket, er at bruge solpanelernes ramme som støtte til planter som vinstokke og druer.

Dette kan reducere den arbejdskraft, der kræves for at etablere vinmarken, da solpanelernes ramme har en dobbelt funktion og er meget robust. Det vil også give samme fordel med hensyn til skygge, reducere vandingsbehov osv.

Kilde: Vinetur

Indtil videre er sådan “vitivoltaics” (vinavl + fotovoltaik) stadig en relativt eksperimentel idé, især da den kan påvirke smagen af den resulterende vin. Og inden for vinproduktion tager det mange år at vurdere fordele og begrænsninger fuldt ud.

Alligevel er der mange igangværende tests med lovende første resultater, for eksempel i Germany, France, Italy, and Spain.

Vertikale bifaciale paneler

Agrivoltaics kan drage fordel af innovationer inden for solteknologi. En af dem er bifaciale paneler.

De er designet til at udnytte lys fra både fronten og bagsiden af panelet. Dette kan samlet set øge deres energiproduktion.

Det kan også muliggøre nye installationsformer, som for eksempel at placere panelerne vertikalt på en øst‑vest‑akse.

• I mange klimaer “saturerer” middagssolen panelets evne til at absorbere lys, hvilket reducerer interessen i at vende mod fuld syd.
• Bedre luftcirkulation sænker panelets temperatur, hvilket mindsker udbyttestab fra overophedning.
• Panelerne kan absorbere reflekteret lys, som fra snebelagte marker.
• Sne er mindre tilbøjeligt til at dække panelet.
• Øst‑vest‑aksen maksimerer produktionen om morgenen og aftenen, når energiefterspørgslen er størst, og solproduktionen er “manglende”.

Kilde: Wikipedia

Når de blandes ind i agrivoltaics, kan vertikalt installerede bifaciale paneler være meget lettere at integrere i traditionelle afgrøderækker uden at forstyrre pløjning, ukrudtsbekæmpelse og dyrkning udført af store traktorer.

Flydende solenergi

Flydende solfarme er blevet diskuteret som et alternativ til jordbaserede solfarme, da store vandkroppe som damme og søer generelt er mindre værdifulde og produktive end landbrugsjord.

Her kan solpaneler også blandes med fødevareproduktion eller mere specifikt akvakultur.

Kilde: Global Sea Food Alliance

I de fleste akvakultursystemer får fiskene foder produceret et andet sted, hvilket gør produktionen af alger i vandet (fra sollys) mindre vigtig eller endda negativ.

Dette kunne også give fiskeopdrættet en anden indtægtskilde.

Intet er perfekt

På trods af sine mange fordele vil agrivoltaic‑installationer skulle håndtere nogle problemer, der sandsynligvis er vanskelige at løse.

Kompleksitet

Fordi de kombinerer to relativt komplekse systemer, er agrivoltaic‑design sværere at skabe og implementere:

• Den skal finde den rette balance mellem det sollys, afgrøderne har brug for, og den mest tætte mulige solpanelopsætning.
• Den skal bevare plads til cirkulation af landbrugsmaskiner, som ofte er store og tunge.
• Landmændene skal uddannes om teknologiens potentiale og støttes i processen med at omdanne marker til agrivoltaic‑teknikker.

Produktivitetstab

På trods af mange potentielle synergier vil agrivoltaic sandsynligvis føre til lavere landbrugsudbytte og lavere fotovoltaiske udbytter pr. kvadratmeter.

Det samlede udbytte kan være større end for den samme overflade, der kun bruges til én anvendelse.

Men stadig kan dette medføre problemer som øgede omkostninger ved at forbinde panelet til en større overflade eller begrænse effektiviteten af pesticid‑ og gødningssprøjtning.

Den ekstra kompleksitet kan også medføre mere komplekse opgaver, som kan koste ekstra arbejdstimer og reducere den samlede økonomiske effektivitet af programmet.

Konklusion

Agrivoltaics er en sandsynlig retning, som store solfarme vil tage, især i regioner med dyrkbart jord, der skal bevares til fødevareproduktion.

Det vil dog tage tid, da eksperter skal optimere design, solinstallatører skal trænes, landmænd skal overbevises, finansiering skal stilles til rådighed osv.

Det mest sandsynlige scenarie er adoption af tidlige innovatører, mens lange rækker af hævede vertikale bifaciale paneler integreres med minimal indsats i traditionelle gårde.

På længere sigt kan det blive et meget mere almindeligt syn, især når det kombineres med en flåde af små robotter.

De vil bruge elektricitet fra disse paneler til at så & overvåge afgrøder, bekæmpe ukrudt med laser, plukke frugt osv.

Kilde: Advanced.farm

Investering i Agrivoltaics

Agrivoltaics er stadig, for nu, et relativt nyt felt, hvor de fleste solenergi‑professionelle kun lige er begyndt at tilpasse sig dets potentiale.

Så for nu er solfarme mest i konkurrence med landbruget om jord. Men i fremtiden kan verdens 500 + millioner landmænd levere resten af verdens befolkning ikke kun deres mad, men også deres energi.

Du kan investere i solvirksomheder gennem mange mæglere, og du kan her på securities.io finde vores anbefalinger til de bedste mæglere i USA, Canada, Australien, Storbritannien samt mange andre lande.

Hvis du ikke er interesseret i at vælge specifikke solvirksomheder, kan du også kigge på ETF’er som Global X Solar ETF (RAYS), Invesco Solar ETF (TAN) eller Global X China Clean Energy ETF (2809.HK), som giver en mere diversificeret eksponering til at drage fordel af sol‑ og renenergi‑industrien.

Du kan også læse vores artikel om “Top 10 Solar Power Stocks to Invest In”.

Solvirksomheder

1. Daqo New Energy Corp.

Dette kinesiske selskab er en af verdens førende inden for polysiliciumproduktion, den centrale komponent i fremstilling af solpaneler. Dette gør også Daqo til en af de grundlæggende søjler i Kinas dominans over solcelleproduktionssektoren.

Selskabet har øget sin produktionskapacitet meget hurtigt, mere end 8‑fold siden 2019.

Kilde: Daqo

Daqos position i centrum af solpanelforsyningskæden gjorde det i stand til at drage stor fordel af sektorens vækst, med omsætning, der steg fra $0,68 mia i 2020 til $4,6 mia i 2022. Efter et opsving i 2022 er polysiliciumpriserne faldet, hvilket har fået aktiekursen til at styrte fra sit topniveau i 2021.

Selskabets kommunikation og hjemmeside er lidt slappe, men det er ikke usædvanligt for et industrielt B2B‑selskab, som er mere fokuseret på sit image inden for branchen end på den brede offentlighed eller udenlandske investorer.

Aktien har handlet meget billigt i forhold til P/E eller cash flow. Dette skyldes delvist kontroverser, hvor selskabet er forbundet med brug af tvangsarbejde i Xinjiang, samt drøftelser i Washington DC om yderligere sanktioner mod virksomheder, der opererer i regionen.

Investorer bør være opmærksomme på, at Daqo‑aktien bærer en meget reel geopolitisk risiko og et stort finansielt opsving på grund af dens lave værdiansættelsesmultipler.

2. JinkoSolar Holding Co., Ltd.

Jinko er en af de største solpanelproducenter i verden, og den er primært baseret i Kina. For at undgå told diversificerer virksomheden sin produktionsbase med silicium wafer‑produktion i Vietnam og solcelleproduktion i Malaysia og USA.

Kilde: Jinko Solar

Under alle omstændigheder er virksomheden ikke overdrevent eksponeret for vestlige markeder, da Kina, Asien‑Stillehavsområdet (APAC) og emerging markets udgør størstedelen af virksomhedens forretning.

Kilde: Jinko Solar

Jinko har leveret 230 GW solceller i virksomhedens historie og 20 GW i Q1 2024, op fra 14,5 GW for blot et år siden.

Dette gør Jinko til nummer 1 i fotovoltaikindustrien.

Jinkos mest avancerede solcelle, N‑type, opnår en bemærkelsesværdig høj energiydeevne på 25,8 %. Den tilbyder også bifaciale paneler.

I 2023 overtog N‑type størstedelen af Jinkos salg og udgjorde 80 % af de samlede forsendelser, med yderligere kapacitet fra en 56 GW produktionsfacilitet, som forventes at nå fuld hastighed inden udgangen af 2024 for at udgøre 90 % af leveringerne ved årets slutning.

Den samlede produktionskapacitet forventes at nå 120‑130 GW, næsten halvdelen af virksomhedens samlede produktion i hele dens historie.

Med henblik på at gøre sit produkt mere grønt har Jinko Solar også lanceret NeoGreen, det første N‑type solpanel, der er produceret udelukkende med vedvarende energi (i stedet for den i Kina almindeligt anvendte kul).

Jinkos ultra‑aggressive vækst i produktionskapacitet afspejler virksomhedens tillid til sin N‑type‑teknologi og ambition om at erobre eksportmarkederne i Asien, Afrika og Sydamerika. Og den overordnede udsigt for, at solenergi vil overtage verdens energisystemer.