Agrivoltaikka Yhdistää “Todelliset” Maatilat Aurinkovoimaloihin

Aurinkotalous?

Solar on nopeasti nousemassa merkittäväksi energialähteeksi. Aurinkoenergia‑markkinat ovat kasvaneet valtavasti viime vuosina, ja niiden odotetaan edelleen kasvavan 15,4 % CAGR:n tahdissa Yhdysvalloissa vuoteen 2030 mennessä.

Lähde: Grand View Research

Lännen aurinkoenergian omaksuminen on itse asiassa varjostettu maailmanlaajuisella aurinkoenergian kasvulla, jossa Kiina johtaa, sillä se on vastuussa enemmän aurinkovoimaprojektien putkistoja kuin muu maailma yhteensä.

Kiina on lisännyt uusiutuvan energian kapasiteettiaan vuosi vuodelta, asentamalla enemmän aurinkovoimaa vuosina 2023–2024 kuin edelliset kolme vuotta yhteensä, ja enemmän kuin koko maailman asennettu kapasiteetti vuonna 2023.

Tämä on asettanut Aasian jättiläisen oikealle kurssille saavuttaakseen asennetun tuuli‑ ja aurinkokapasiteetin 1 200 GW vuoden loppuun mennessä, mikä on kuusi vuotta hallituksen tavoitteita edellä.

Lähde: Energy Wind Down Media

Tämä on saanut merkittäviä julkaisuja, kuten The Economistin, kutsumaan sitä kirjaimellisesti uudeksi aikakaudeksi. Tutustuimme, mikä uusi teknologia tekee siitä todellisuutta artikkelissa “Aurinkokautta – Kirkas Tulevaisuus Ihmisille”.

Lähde: The Economist

Puolijohteiden valmistuksen edistyminen ja aurinkopaneelien tuotannon mittakaavan kasvun taloudellisuus ovat johtaneet fotovoltaisien kustannusten tasaisen laskun, jotka ovat nykyisin 30‑kerta halvempia kuin vuonna 1990. Tämän seurauksena fotovoltaisesta teknologiasta on tullut aurinkoalan hallitseva voima.

Lähde: EIA

Kuitenkin aurinkoenergia alkaa kohdata ongelmaa. Tämä johtuu siitä, että aurinko on suhteellisen matalan energian tiheyden omaava, kun tarkastellaan maankäyttöä.

Itse asiassa se on yksi vähiten maankäyttöä tehostavista energialähteistä, ja vain hiilineutraali tuuli, vesivoima ja biomassa sijoittuvat huonommin.

Lähde: Wouter Beel Gravendeel

Tämä johtaa tilanteisiin, joissa viljelysmaat tai luonnolliset elinympäristöt peittyvät aurinkopaneeleilla suurten, hyödyllisten aurinkovoimaloiden yhteydessä. Vaikka näin vähennetään hiilidioksidipäästöjä, siihen liittyy monia ei‑toivottuja sivuvaikutuksia, kuten luonnollisten elinympäristöjen tuhoutuminen ja eroosion riski, erityisesti vuoristoalueilla.

Esimerkiksi Kiinan Fujianin maakunnassa näet koko näiden kukkuloiden olevan peittyneet aurinkopaneeleilla.

Lähde: The Atlantic

Viljelysmaan Puute

Tämä on kasvava ongelma, sillä menettämme jo nyt paljon viljelysmaata vuosittain, jopa 100 miljoonaa hehtaaria vuodessa. Suurin tekijä näissä menetyksissä ei ole aurinkovoimalat, vaan eroosio, aavikoituminen, kaupunkien laajentuminen, huonot viljelykäytännöt jne.

Kuitenkin tämä ei tarkoita, että yhden ongelman (hiilipäästöt) ratkaisu pitäisi muodostua toisen merkittävän ongelman (viljelysmaan menetykset) ratkaisuksi.

Joitakin ratkaisuja on ilmeisiä, kuten kattojen hyödyntäminen, erityisesti teollisuusrakennuksissa, mutta myös asuinrakennuksissa. Aavikkoalueiden käyttö voi olla toinen vaihtoehto, mutta nekin ovat herkkiä ekosysteemejä, ja pölyn poistaminen kuluttaa paljon paikallisesti harvinaisia vesivaroja.

Nämä voivat olla osa ratkaisua, mutta jotta aurinko korvaisi fossiiliset polttoaineet kokonaan, sen on jatkettava kaksinumeroista kasvua vuosikymmeniä. Maankäyttöstä tulee ongelma.

Paras ratkaisu olisi siis yhdistää maatalous ja energian tuotanto menetelmällä, jota kutsutaan agrivoltaikaksi (maatalous + fotovoltais).

Lähde: Dezeen

Maatilarakennukset

Yksinkertaisin tapa integroida aurinkovoimaa maatiloihin olisi ensin hyödyntää maatilarakennusten poikkeuksellisen suuret kattopinnat. Heinävarastoista autotalliin ja navettaan, monilla maatilarakennuksilla on korkeat, suuret, tasaiset katot, jotka sopivat täydellisesti aurinkopaneelien asentamiseen.

Lähde: X/Twitter

Vaikka se ei ehkä teknisesti ole agrivoltaikkaa, tämä on ensimmäinen askel, joka olisi pitänyt tehdä jo eilen.

Tämän tulisi myös olla keskeinen osa maatalouden siirtymistä pois fossiilisista polttoaineista useiden täydentävien aloitteiden kautta, jotka muutenkin vaaditaan muissa agrivoltaikan muodoissa:

• Traktoreiden ja maatalouskoneiden sähköistäminen.
  • Tämä riippuu suuresti paremmista akkuista, sillä liian raskaat tai ei‑autonomiset traktorit tekisivät vaihtoehdosta taloudellisesti kannattamattoman.
  • Tämä voitaisiin myös toteuttaa lisäämällä maatalousrobottien käyttöönottoa, aiheesta olemme kirjoittaneet artikkelissa “Sijoittajien Tulisi Huomioida: Robotit Overtakovat Maatalouden”.
• Edullinen energian varastointi, jotta voidaan varastoida tarvittava energia aurinkottomille päiville tai talvelle.
  • Tämä voidaan erityisesti toteuttaa lämpöakkujen avulla, joita voitaisiin käyttää aurinkovoiman varastointiin ja pitämään esimerkiksi sisäiset eläinsuojat lämpiminä talvella.
• Hajautetummat ja kestävämmät sähköverkot, jotta kaukaisten maatilojen tuotanto voidaan liittää verkkoon.
• Riittävä rahoitus, sillä maatilat ovat jo valmiiksi alhaisen katteen ja korkean pääomakustannuksen liiketoimintaa; useimmat viljelijät ovat varovaisia investoimaan, jos korot ovat liian korkeat.
  • Hiilidioksidipäästöjen hinnoittelu voi myös vaikuttaa, sillä se mahdollistaa viljelijöiden vähentää päästöjään aurinkopaneelien avulla.

Maatilan Energia

Pääongelma maatalouden ja aurinkovoiman yhdistämisessä on, että teoriassa molemmat kilpailevat samasta resurssista: auringonvalosta.

Auringonvalo on lopulta kasvien energialähde, oli kyseessä sitten viljelykasvit tai laidunruoho. Toisin sanoen maatalous on jo valjastanut aurinkoenergiaa, vaikkakin muodossa syötävänä biomassana eikä sähkönä.

Aluksi se saattaa vaikuttaa haaveelta. Mutta syvemmässä tarkastelussa asia on monimutkaisempi kuin pelkkä kasvien auringonvalon riittämättömyys aurinkopaneelien takia.

Valoinhibi

Vaikka se on kätevä yksinkertaistus, kasvien fotosynteesiä voidaan kuvata yksinkertaisella kaavalla

“Syötevalo, vesi & CO₂ → sokeri”, prosessi on itse asiassa hyvin monimutkainen.

Todellisissa avoimen kentän olosuhteissa tapahtuu usein ilmiö nimeltä valoinhibi.

Tämä tapahtuu, kun auringonvalo on liian voimakasta kasvin imeä, mikä aiheuttaa vahingollisten radikaalisten oksidimolekyylien muodostumista. Tämä vahingoittaa kasvin fotosynteettistä kykyä ja vähentää satojen tuottoa.

Lähde: Frontiers In Plant Science

Tämä tarkoittaa, että useimpina kesäpäivinä, erityisesti eteläisillä leveysasteilla, auringonvalo on liian voimakasta ja vahingoittavaa sadoille. Se myös merkitsee, että suurin osa auringonvalon energiasta “hukkaan” eikä kasvi hyödynnä sitä.

Tässä yhteydessä asianmukaisesti välimatkoja pitävät aurinkopaneelit tarjoavat hyödyllistä varjoa, erityisesti huippuauringonvalon tunteina.

Veden Käytön Vähentäminen

Lisävarjo rajoittaa myös maaperän lämpöä, sillä äärimmäinen kuumuus vahingoittaa satojen tuottoa. Se voi myös kokonaisuudessaan vähentää kastelutarvetta.

Joissain tapauksissa aurinkopaneeli voi jopa toimia kastelun lähteenä. Tämä johtuu paneelien taipumuksesta kerätä aamu-ukosta kondensoitunutta vettä, joka “sataa” niiden alapuolelle.

Tämä vaikutus voisi olla vielä voimakkaampi, jos aurinkopaneelien alla käytettäisiin vesihengittäviä hydrogeelejä. Tämä hyödyntää ainoastaan paneelien hukkaavan lämmön, ei valoa, jonka avulla sähköä tuotetaan.

Yöllä materiaali kerää vesimolekyylejä. Päivällä, kun aurinko lämmittää paneelia, vesimolekyylit haihtuvat ja vievät mukanaan ylimääräistä lämpöenergiaa.

Industry Tap

Aurinkopaneelien Jäähdytys

Aurinkopaneelit voivat auttaa suojaamaan kasveja liialliselta valolta ja auttaa niitä viilentymään, mikä vähentää veden tarvetta.

Kuitenkin kasvit voivat myös parantaa aurinkopaneelien tehokkuutta. Aurinkopaneelitkin kärsivät liiallisesta auringonvalosta. Optimaalinen lämpötila paneelille on noin 25 °C (77 °F). Jokaisesta ylä‑celsiusasteesta paneelin hyötysuhde yleensä laskee 0,3 %–0,5 %.

Tämä on usein ongelma aurinkovoimaloissa kuumilla aavikkoalueilla, joissa lämpötilat >40‑45 °C voivat vakavasti heikentää hankkeen taloudellisuutta.

Haihduttamalla vettä jatkuvasti ja luomalla kosteaa maaperän peitettä, kasvit viilentävät ensimmäisiä metrejä maata kohden. Tämä voi viilentää aurinkopaneelia ja lisätä tuottoa useilla prosenttiyksiköillä, erityisesti kuumimpina kesäpäivinä.

Karjan ja Aurinkovoiman Integrointi

Ei‑aavikkoalueilla tavallinen haaste aurinkovoimaloiden operaattoreilla on pitää ruohon kasvu hallinnassa, jotta se ei varjosta paneeleita.

Tämä hoidetaan yleisimmin palkkaamalla ihmiset leikkaamaan ruohoa. Ironisesti nämä leikkuukoneet ovat usein polttoainekäyttöisiä.

Vaihtoehtona voidaan integroida aurinkovoimala laiduntaaviin eläimiin, kuten lampaisiin, hanhiin tai lehmiin. Sen sijaan, että ruohoa leikattaisiin polttoaineella, se syödään ja muuttuu orgaanisesti maidoksi, villaksi, lihaksi ja nahkaksi.

Tämä vaatii hieman omistautunutta suunnittelua, sillä operaattorin on varmistettava, etteivät eläimet pure kaapeleita tai vahingoita paneeleja. Kokonaisuudessaan eläimet pystyvät täydellisesti tavoittamaan ruohon jokaisesta nurkasta samalla kun ne tuottavat tuloa maalta, eikä tarvitse maksaa ylläpitosuunnittelijan palkkaa.

Lisäbonuksena paneelit tarjoavat myös eläimille suojan auringolta ja sateelta.

Lähde: Rated Power

Tukee Rypäleitä

Mahdollinen suunnitelma, jota vasta tutkitaan, on käyttää aurinkopaneelien runkoa tukirakenteena rypäleille ja viinirypäleille.

Tämä voi vähentää viinitarhojen asennustyön tarvetta, sillä aurinkopaneelien runko toimii kaksinkertaisena tukena ja on erittäin kestävä. Se tarjoaa myös samat varjostusetuja, vähentää kastelutarvetta jne.

Lähde: Vinetur

Toistaiseksi tällainen “vitivoltaikka” (viinikulttuuri + fotovoltais) on vielä melko kokeellinen ajatus, erityisesti koska se saattaa vaikuttaa viinin makuun. Viininvalmistuksessa kestää useita vuosia arvioida täysimääräisesti hyödyt ja rajoitteet.

Silti on käynnissä monia testejä, joilla on lupaavia ensimmäisiä tuloksia, esimerkiksi Saksassa, Ranskassa, Italiassa ja Espanjassa.

Pystysuuntaiset Bifaasiset Paneelit

Agrivoltaikka voisi hyötyä aurinkoteknologian innovaatioista. Yksi niistä on bifaasiset paneelit.

Ne on suunniteltu tuottamaan valoa sekä paneelin etupuolelta että takapuolelta. Tämä voi kokonaisuudessaan lisätä niiden energian tuottoa.

Ne mahdollistavat myös uusia asennustyyppejä, kuten paneelien pystysuuntaisen asennuksen itä‑länsi‑akselilla.

Tällaisella asennuksella on monia etuja:

• Monissa ilmastoissa keskipäivän aurinko “saturoi” paneelin valonottokyvyn, mikä vähentää etelään kohdistuvan paneelin hyötyä.
• Parempi ilmankierto vähentää paneelin lämpötilaa, mikä vähentää ylikuumenemisesta aiheutuvaa tuottotappioita.
• Paneelit voivat absorboida heijastunutta valoa, esimerkiksi lumisilta pelloilta.
• Lumi peittää paneelia harvemmin.
• Itä‑länsi‑akseli maksimoi tuotannon aamulla ja illalla, kun energian kysyntä on suurin ja aurinkotuotanto “puuttuu”.

Lähde: Wikipedia

Kun bifaasiset paneelit asennetaan pystysuuntaan agrivoltaikassa, ne voidaan integroida perinteisten viljelysarjojen väliin paljon helpommin, ilman että ne häiritsevät suurten traktoreiden tekemää kylvöä, rikkaruohojen torjuntaa ja viljelyn hoitoa.

Kelluva aurinko

Kelluvia aurinkovoimaloita on käsitelty vaihtoehtona maapohjaisille aurinkovoimaloille, sillä suuret vesialueet, kuten lampaat ja järvet, ovat yleensä vähemmän arvokkaita ja tuottavia kuin viljelysmaat.

Myös täällä aurinkopaneelit voitaisiin yhdistää ruoan tuotantoon tai tarkemmin sanottuna akvakulttuuriin.

Lähde: Global Sea Food Alliance

Useimmissa akvakulttuurijärjestelmissä kalat syötetään muualla tuotetulla rehuilla, jolloin vedenalaisen levän tuotanto auringosta ei ole kovin tärkeä tai jopa negatiivinen.

Tämä voisi myös tarjota kalataloudelle toisen tulonlähteen.

Ei Mikään Ole Täydellistä

Kaikista eduistaan huolimatta agrivoltaikka-asennusten on käsiteltävä muutamia ongelmia, jotka ovat todennäköisesti ratkaisemattomia.

Monimutkaisuus

Koska ne yhdistävät kaksi melko monimutkaista järjestelmää, agrivoltaikkasuunnitelmat ovat vaikeampia luoda ja toteuttaa:

• Niiden on löydettävä oikea kompromissi kasvien tarvitseman auringonvalon ja mahdollisimman tiheän aurinkopaneelijärjestelyn välillä.
• Niiden on jätettävä tilaa maatalouslaitteiden, jotka ovat usein suuria ja raskaita, liikkumiselle.
• Viljelijöiden on saatava koulutusta teknologian mahdollisuuksista ja heitä on tuettava siirtymässä agrivoltaikkatekniikoihin.

Tuottavuuden Lasku

Vaikka potentiaalisia synergioita on runsaasti, on todennäköistä, että agrivoltaikka johtaa alhaisempaan maatalouden satoon ja alhaisempaan fotovoltais‑satoon neliömetriä kohti.

Kokonaisntuotto voi olla suurempi kuin jos sama pinta-ala jaettaisiin kahden eri käyttötarkoituksen välillä.

Mutta silti tämä voi aiheuttaa ongelmia, kuten lisätä paneelien liitäntäkustannuksia suurempaan pinta-alaan tai rajoittaa torjunta-aineiden ja lannoitteiden ruiskutuksen tehokkuutta.

Lisääntynyt monimutkaisuus voi myös johtaa monimutkaisempiin tehtäviin, jotka vaativat ylimääräisiä työvuoroja ja vähentävät ohjelman taloudellista tehokkuutta.

Johtopäätös

Agrivoltaikka on todennäköinen suunta, johon suuret aurinkovoimalat tulevat, erityisesti alueilla, joilla viljelysmaa on säilytettäväksi ruoan tuotantoa varten.

Se kuitenkin vie aikaa, sillä asiantuntijoiden on optimoitava suunnittelu, koulutettava aurinkoinstallaattorit, vakuutettava viljelijät ja saatava rahoitus järjestykseen.

Todennäköisin skenaario on varhaisten innovaattorien omaksuminen, kun pitkät rivit kohotetuista pystysuuntaisista bifaasisista paneeleista integroidaan minimaalisella vaivalla perinteisiin maatiloihin.

Pitkällä aikavälillä siitä voi tulla paljon yleisempi näky, erityisesti kun se yhdistetään pienen robottiflotin kanssa.

Ne käyttävät näiden paneelien sähköä istuttaakseen ja valvoakseen kasveja, hallitakseen rikkaruohoja laserilla, poimiakseen hedelmiä jne.

Lähde: Advanced.farm

Sijoittaminen Agrivoltaikkaan

Agrivoltaikka on toistaiseksi melko nouseva ala, ja suurin osa aurinkoalan ammattilaisista on vasta alkamassa omaksua sen potentiaalia.

Nykyisin aurinkovoimalat kilpailevat maatalouden kanssa maasta. Tulevaisuudessa maailman 500 miljoonaa viljelijää saattaa tarjota globaalille väestölle paitsi ruokaa myös energiaa.

Voit sijoittaa aurinkoyrityksiin monien välittäjien kautta, ja löydät täältä, securities.io, suosituksemme parhaista välittäjistä Yhdysvalloissa, Kanadassa, Australiassa, Ison-Britannian sekä monissa muissa maissa.

Jos et halua valita yksittäisiä aurinkoyrityksiä, voit tarkastella myös ETF:iä, kuten Global X Solar ETF (RAYS), Invesco Solar ETF (TAN) tai Global X China Clean Energy ETF (2809.HK), jotka tarjoavat monipuolisemman altistuksen aurinko‑ ja puhtaan energian alalle.

Voit myös lukea artikkelimme “Top 10 Solar Power Stocks to Invest In”.

Aurinkoyritykset

1. Daqo New Energy Corp.

Tämä kiinalainen yritys on yksi maailman johtavista polysilikonin tuottajista, joka on aurinkopaneelien valmistuksen keskeinen komponentti. Tämä tekee Daqosta myös yhden Kiinan aurinkovalmistussektorin perustavanlaatuisista pylväistä.

Yritys on kasvattanut tuotantokapasiteettiaan erittäin nopeasti, yli 8‑kertaisesti vuodesta 2019.

Lähde: Daqo

Daqon asema aurinkopaneelien toimitusketjun keskipisteessä on mahdollistanut sen hyötyä merkittävästi sektorin kasvusta, jolloin liikevaihto nousi 0,68 miljardia USD:sta vuonna 2020 4,6 miljardiin USD:han vuonna 2022. Vuoden 2022 huippukasvun jälkeen polysilikonin hinnat ovat viilentyneet, mikä on aiheuttanut osakekurssin romahduksen vuoden 2021 huipulta.

Yrityksen viestintä ja verkkosivusto ovat hieman heikkoja, mutta tämä ei ole epätavallista teollisuus‑B2B‑yritykselle, joka keskittyy enemmän imagoonan teollisuuden sisällä kuin suureen yleisöön tai ulkomaisiin sijoittajiin.

Osake on kaupankäynnissä erittäin edullisesti suhteessa P/E‑lukuihin tai kassavirtaan. Tämä johtuu osittain kiistoista, sillä yritys on liitetty pakko‑työvoiman käyttöön Xinjiangissa ja Washington DC:ssa keskustellaan lisäsanktioista alueella toimivia yrityksiä vastaan.

Sijoittajien tulisi olla tietoisia siitä, että Daqon osake sisältää erittäin todellisen geopoliittisen riskin sekä suuren taloudellisen nousupotentiaalin sen alhaisten arvostuslukujen vuoksi.

2. JinkoSolar Holding Co., Ltd.

Jinko on yksi maailman suurimmista aurinkopaneelien valmistajista, ja se sijaitsee pääosin Kiinassa. Vältääkseen tulleja yritys monipuolistaa valmistuspaikkojaan, valmistamalla piikiekkoja Vietnamissa sekä aurinkokennoja Malesiassa ja Yhdysvalloissa.

Lähde: Jinko Solar

Joka tapauksessa yritys ei ole liikaa altistunut länsimaisille markkinoille, sillä Kiina, Aasia‑Tyynenmeren alue (APAC) ja kehittyvät markkinat muodostavat suurimman osan yrityksen liiketoiminnasta.

Lähde: Jinko Solar

Jinko on toimittanut 230 GW aurinkokennoja yrityksen historiassa ja 20 GW ensimmäisellä neljänneksellä 2024, mikä on nousu 14,5 GW:stä vuosi sitten.

Tämä tekee Jinkosta #1 fotovoltais‑teollisuudessa.

Jinkon edistyksellisin aurinkokenno, N‑tyyppi, saavuttaa poikkeuksellisen korkean 25,8 % energiatehokkuuden. Se tarjoaa myös bifaasisia paneeleja.

Vuonna 2023 N‑tyyppi kattoi yli suurimman osan Jinkon myynnistä, edustaen 80 % kaikista toimituksista, ja kapasiteettia lisätään 56 GW:n tuotantolaitoksesta, jonka odotetaan saavuttavan täyden nopeuden loppuun 2024, jolloin se kattaa 90 % toimituksista vuoden loppuun mennessä.

Kokonaisvalmistuskapasiteetin odotetaan nousevan 120‑130 GW:iin, lähes puoleen yrityksen koko historian kumulatiivisesta tuotannosta.

Vihreän profiilin korostamiseksi Jinko Solar julkaisi myös NeoGreen‑tuotteen, ensimmäisen N‑tyypin aurinkopaneelin, joka on valmistettu kokonaan uusiutuvalla energialla (sen sijaan, että Kiinassa käytettäisiin tavallisesti hiiltä).

Jinkon erittäin aggressiivinen kapasiteetin kasvu heijastaa yrityksen luottamusta N‑tyypin teknologiaan ja pyrkimystä valloittaa Aasian, Afrikan ja Etelä‑Amerikan vientimarkkinat. Ja aurinkoenergian kokonaisnäkymä on viedä maailman energiajärjestelmät hallintaansa.