Agrivoltaik för att förena “verkliga” gårdar med solkraftsparker

Solbruksmark?

Solar är snabbt på väg att bli en viktig energikälla. Marknaden för solenergi har vuxit enormt de senaste åren och förväntas fortsätta växa med 15,4 % CAGR i USA fram till 2030.

Källa: Grand View Research

Västens antagande av solenergi överskuggas faktiskt av den globala tillväxten av solenergi, där Kina leder utvecklingen och står för fler solkraftprojekt än resten av världen tillsammans.

China has been ramping up its renewable energy capacity year on year, installing more solar power between 2023 and 2024 than the previous three years combined, and more than the total global capacity installed in 2023.

Detta har satt den asiatiska jätten på kurs att nå en installerad vind- och solkapacitet på 1 200 GW i slutet av året, vilket är sex år före regeringens mål.

Källa: Energy Wind Down Media

Detta har fått viktiga publikationer som The Economist att bokstavligen kalla det en ny era. Vi utforskade vilken ny teknik som kommer att göra det verkligt i “The Solar Age – A Bright Future To Mankind”.

Källa: The Economist

Framsteg inom halvledartillverkning och en växande stordriftsfördel i produktionen av solpaneler har lett till en stadig minskning av fotovoltaikens kostnader, som har blivit 30  gånger billigare sedan 1990. Som ett resultat dominerar fotovoltaiktekniken nu solindustrin.

Källa: EIA

Dock börjar solenergi möta ett problem. Detta beror på att sol är relativt låg i energitäthet när man ser på markanvändning.

Faktum är att det är en av de minst effektiva energikällorna när det gäller markanvändning, med endast lika koldioxidneutrala vind-, vattenkraft och biomassa som presterar sämre.

Källa: Wouter Beel Gravendeel

Detta leder till situationer där jordbruksmark eller naturliga habitat täcks av solpaneler för storskaliga solparker. Således minskar koldioxidutsläppen, men det medför många oönskade bieffekter, från förstörelse av naturliga habitat till risk för erosion, särskilt i bergiga områden.

Till exempel, i Fujian-provinsen i Kina kan man se hela dessa kullar täckta av solpaneler.

Källa: The Atlantic

Brist på odlingsbar mark

Detta är ett växande problem, eftersom vi redan förlorar mycket odlingsbar mark varje år, upp till 100 miljoner hektar årligen. Den största faktorn bakom dessa förluster är inte solparker utan erosion, ökenspridning, urbanisering, dåliga jordbruksmetoder osv.

Detta betyder dock inte att lösningen på ett problem (koldioxidutsläpp) ska bli ett problem för ett annat stort problem (förluster av odlingsbar mark).

Vissa lösningar är uppenbara, som att utnyttja tak, särskilt industriella byggnader, men även bostadshus. Att använda ökenområden kan vara ett annat alternativ, men dessa är också känsliga ekosystem, och avlägsnande av damm förbrukar mycket av de lokalt sällsynta vattenresurserna.

Dessa kan vara en del av lösningen, men för att solenergi helt ska ersätta fossila bränslen måste den fortsätta växa med tvåsiffrig takt i årtionden. Och markanvändning kommer att bli ett problem.

Så den bästa lösningen skulle vara att blanda jordbruk och elproduktion, med en metod som kallas agrivoltaik (jordbruk + fotovoltaik).

Källa: Dezeen

Gårdsbyggnader

Det enklaste sättet att integrera solenergi i gårdar är först att utnyttja gårdsbyggnaders anmärkningsvärt stora takytor. Från höförvaring till garage och ladugårdar har många gårdsbyggnader höga, stora och jämna tak som är perfekta för att installera solpaneler.

Källa: X/Twitter

Även om det kanske inte är tekniskt agrivoltaik, är detta ett första steg som borde ha tagits igår.

Detta bör också vara en nyckelkomponent i att övergå jordbruket från fossila bränslen genom några kompletterande initiativ som ändå kommer att krävas för andra former av agrivoltaik:

• Elektrifiering av traktorer och jordbruksmaskiner.
  • Detta kommer starkt att bero på bättre batterier, eftersom för tunga eller inte tillräckligt autonoma traktorer skulle göra alternativet ekonomiskt orealistiskt.
  • Detta kan också göras genom ökad användning av jordbruksrobotar, ett ämne vi utforskade i “Investors Should Take Note: Robotics Is Taking Over Farming”.
• Billig energilagring för att lagra den nödvändiga energin för solfria dagar eller vinter.
  • Detta kan särskilt uppnås med termiska batterier, som kan användas för att lagra solenergi och hålla gårdens anläggningar, såsom inomhusdjurskydd, varma på vintern.
• Mer decentraliserade och robusta elnät, för att kunna föra den produktion som sker på avlägsna gårdar in i nätet.
• Tillräcklig finansiering, eftersom gårdar redan är en verksamhet med låga marginaler och höga kapitalkostnader, kommer de flesta jordbrukare vara ovilliga att investera om räntorna är för höga.
  • Koldioxidprissättning kan också spela en roll genom att låta jordbrukare minska sina utsläpp med solpaneler.

Jordbrukskraft

Det huvudsakliga problemet med att blanda jordbruk och solkraftgenerering är att de i teorin konkurrerar om samma resurs: solljus.

Solljus är trots allt energikällan för de växter som odlas, vare sig det är grödor eller gräs på betesmark. På ett sätt skördar jordbruket redan solenergi, men i form av ätbar biomassa istället för elektricitet.

Så vid första anblicken kan det verka som en pipe dream. Men när man gräver djupare är det mer komplext än bara att växterna behöver solen som tas bort av solpanelerna.

Fotoinhibering

Även om det är en bekväm förenkling kan växtens fotosyntes förklaras med ett enkelt schema som

“Ingångsljus, vatten och CO2 -> utsugarsocker”, processen är faktiskt mycket komplex.

Något som händer mycket ofta under verkliga fältförhållanden är ett fenomen som kallas fotoinhibering.

Detta sker när solljuset är för intensivt för att växten ska kunna absorbera det, vilket orsakar produktion av skadliga radikala oxidationsmolekyler. Detta skadar växtens fotosyntesförmåga och minskar skördeavkastningen.

Källa: Frontiers In Plant Science

Detta innebär att på de flesta sommardagar, särskilt på södra breddgrader, är solljuset för starkt och skadligt för grödorna. Det betyder också att större delen av solens energi är “slösad” och inte fångas av grödan.

I detta sammanhang kommer korrekt placerade solpaneler att ge fördelaktig skugga, särskilt under de mest intensiva soltimmarna.

Minska vattenanvändning

Den extra skuggan bör också begränsa värmen på marknivå, där extrem värme skadar skördeavkastningen. Dessutom kan den generellt minska bevattningsbehoven.

I vissa fall kan solpanelen till och med vara en källa till bevattning. Detta beror på panelernas tendens att kondensera vatten från morgondagg och låta det “regna” ner under dem.

Denna effekt kan bli ännu starkare om vi använder vattenabsorberande hydrogel under de fotovoltaiska solpanelerna. Detta utnyttjar endast spillvärmen från solpanelen, inte ljuset som används för att producera el.

Under natten samlar materialet vattenmolekyler. Men under dagen, när solen värmer upp solpanelen, avdunstar vattenmolekylerna och tar med sig överskottsvärmeenergi.Industry Tap

Kylning av solpaneler

Solpaneler kan hjälpa till att skydda växterna från överflödigt ljus och hjälpa dem att svalna samt kräva mindre vatten.

Dock kan växterna på fältet också förbättra solpanelernas effektivitet. Detta beror på att solpaneler också kan drabbas av överdrivet solljus. Det som händer är att den optimala temperaturen för en solpanel är omkring 25 °C (77 °F). För varje grad Celsius över detta minskar en solpanels effektivitet vanligtvis med 0,3 % till 0,5 %.

Detta är ofta ett problem för solparker i heta ökenområden, där temperaturer över 40‑45 °C kan allvarligt skada projektets ekonomi.

Genom att ständigt avdunsta vatten och skapa ett fuktigt markskydd svalnar grödorna de första meterna av luft ovanför marken. Detta kan kyla ner solpanelen och öka avkastningen med flera procent, särskilt på de varmaste sommardagarna.

Integrering av djurhållning & solkraft

I icke-ökenområden är ett vanligt problem som solparksoperatörer möter behovet att hålla grästillväxten under kontroll, annars skuggar gräset solpanelerna.

Det hanteras oftast genom att anlita personer som kör gräsklippare för att klippa gräset. Ironiskt nog är dessa ofta drivna av bränsle.

Ett alternativ är att integrera solparken med betande djur som får, gäss eller kor. Istället för att klippa gräset med bränsle, äts det och omvandlas organiskt till mjölk, ull, kött och läder.

Detta kräver viss dedikerad design, eftersom operatören måste säkerställa att djuren inte tuggar på kablar eller skadar panelerna. Men överlag kan djuren nå gräset i varje hörn och samtidigt generera en inkomst från marken, istället för att behöva betala en underhållstekniker.

Som en extra bonus ger panelerna också djuren skydd mot sol och regn.

Källa: Rated Power

Stöd för vinrankor

En möjlig design, som bara börjat utforskas, är att använda solpanelernas ram som stödstruktur för växter som vinrankor och druvor.

Detta kan minska arbetskraften som krävs för att anlägga vingården, eftersom solpanelernas ram har en dubbel funktion och är mycket robust. Det ger också samma fördelar när det gäller skugga, minskar bevattningsbehovet osv.

Källa: Vinetur

För närvarande är sådan “vitivoltaik” (vinkultur + fotovoltaik) fortfarande en relativt experimentell idé, särskilt eftersom den kan påverka smaken på det resulterande vinet. Och med vinframställning tar det många år att fullt ut bedöma fördelarna och begränsningarna.

Det finns dock många pågående tester med lovande första resultat, till exempel i Germany, France, Italy, and Spain.

Vertikala bifaciala paneler

Agrivoltaik kan dra nytta av innovationer inom solteknik. En av dem är bifaciala paneler.

De är utformade för att ta emot ljus både från panelens fram- och baksida. Detta kan generellt öka deras energiproduktion.

Det kan också möjliggöra nya installationsformer, till exempel att placera panelerna vertikalt på en öst‑väst‑axel.

• I många klimat ”saturerar” middagssolen panelens förmåga att absorbera ljus, vilket minskar intresset av att rikta panelen helt mot söder.
• Bättre luftcirkulation minskar panelens temperatur, vilket minskar avkastningsförlust på grund av överhettning.
• Panelerna kan absorbera reflekterat ljus, exempelvis från snötäckta fält.
• Snö är mindre benägen att täcka panelen.
• Öst‑väst‑axeln maximerar produktionen på morgonen och kvällen när energiefterfrågan är högst och solproduktionen är ”borttappad”.

Källa: Wikipedia

När de blandas in i agrivoltaik kan vertikalt installerade bifaciala paneler vara mycket enklare att integrera i traditionella grödrows, utan att störa plöjning, ogräsrensning och odling som utförs av stora traktorer.

Flytande solenergi

Flytande solparker har diskuterats som ett alternativ till landbaserade solparkers, as large bodies of water like ponds and lakes are generally less valuable and productive than farmland.

Här också kan solpaneler blandas med livsmedelsproduktion eller, mer specifikt, akvakultur.

Källa: Global Sea Food Alliance

I de flesta akvakultursystem matas fisken med foder som produceras någon annanstans, vilket gör produktionen av alger i vattnet (från solljus) inte särskilt viktig eller till och med negativ.

Detta kan också ge fiskodlingen en andra inkomstkälla.

Inget är perfekt

Trots sina många fördelar kommer agrivoltaikinstallationer att behöva hantera några problem som sannolikt är svåra att lösa.

Komplexitet

• Den måste hitta rätt kompromiss mellan det solljus som grödorna behöver och den mest täta möjliga solpanelsplaceringen.
• Den måste behålla utrymme för cirkulation av jordbruksmaskiner som ofta är stora och tunga.
• Jordbrukarna måste utbildas om teknikens potential och få stöd i processen att omvandla fält till agrivoltaikmetoder.

Produktivitetsförlust

Trots många potentiella synergier är det sannolikt att agrivoltaik kommer leda till lägre jordbruksavkastning och lägre fotovoltaikavkastning per kvadratmeter.

Den totala avkastningen kan vara större än för samma yta som delas mellan endast en användning.

Men ändå kan detta orsaka problem som ökade kostnader för anslutning av panelen till en större yta eller begränsad effektivitet vid spridning av bekämpningsmedel och gödsel.

Den extra komplexiteten kan också leda till mer komplicerade uppgifter, vilket kan kräva extra arbetstimmar och minska den totala ekonomiska effektiviteten i programmet.

Slutsats

Agrivoltaik är en sannolik riktning som stora solparker kommer att ta, särskilt i regioner med odlingsbar mark som måste bevaras för livsmedelsproduktion.

Det kommer dock att ta tid, eftersom experter måste optimera designen, solinstallatörer utbildas, jordbrukare övertygas, finansiering göras tillgänglig osv.

Det mest sannolika scenariot är att tidiga innovatörer antar tekniken medan långa rader av upphöjda vertikala bifaciala paneler integreras med minimal ansträngning i traditionella gårdar.

På lång sikt kan det bli en mycket vanligare syn, särskilt i kombination med en flotta av små robotar.

De kommer att använda elektricitet från dessa paneler för att plantera och övervaka grödor, kontrollera ogräs med laser, plocka frukt osv.

Källa: Advanced.farm

Investera i agrivoltaik

Agrivoltaik är fortfarande, för närvarande, ett relativt framväxande område, där de flesta solenergi‑professionella först börjar anpassa sig till dess potential.

Så för närvarande konkurrerar solparker mest med jordbruket om mark. Men i framtiden kan världens över 500 miljoner jordbrukare förse resten av den globala befolkningen inte bara med mat utan också med energi.

Du kan investera i solenergiföretag via många mäklare, och du kan här, på securities.io, hitta våra rekommendationer för de bästa mäklarna i USA, Kanada, Australien, Storbritannien samt många andra länder.

Om du inte är intresserad av att välja specifika solenergiföretag kan du också titta på ETF:er som Global X Solar ETF (RAYS), Invesco Solar ETF (TAN) eller Global X China Clean Energy ETF (2809.HK), som ger en mer diversifierad exponering för att dra nytta av sol‑ och ren energibranschen.

Du kan också läsa vår artikel om “Top 10 Solar Power Stocks to Invest In”.

Solföretag

1. Daqo New Energy Corp.

Detta kinesiska företag är en av världens ledande inom polysilikonproduktion, den centrala komponenten för tillverkning av solpaneler. Detta gör också Daqo till en av grundpelarna i Kinas dominans över soltillverkningssektorn.

Företaget har ökat sin produktionskapacitet mycket snabbt, mer än 8‑faldigt sedan 2019.

Källa: Daqo

Daqos position i centrum av solpanelernas leveranskedja gjorde det möjligt för företaget att dra stor nytta av sektorns tillväxt, med intäkter som ökade från 0,68  miljarder USD 2020 till 4,6  miljarder USD 2022. Efter en kraftig ökning 2022 har polysilikonpriserna svalnat, vilket fick aktiekursen att krascha från sin topp 2021.

Företagets kommunikation och webbplats är något svaga, men inte ovanligt för ett industriellt B2B‑företag, som fokuserar mer på sin image inom branschen än på den bredare allmänheten eller utländska investerare.

Aktien har handlats mycket billigt i förhållande till P/E eller kassaflöde. Detta beror delvis på kontroverser, med företaget kopplat till användning av tvångsarbete i Xinjiang och samtal i Washington DC om ytterligare sanktioner mot företag som verkar i regionen.

Investerare bör vara medvetna om att Daqo-aktien innebär en mycket verklig geopolitisk risk och en stor finansiell uppsida på grund av dess låga värderingsmultiplar.

2. JinkoSolar Holding Co., Ltd.

Jinko är en av de största solpanelstillverkarna i världen och är främst baserat i Kina. För att undvika tullar diversifierar företaget sin tillverkningsbas, med tillverkning av kiselplattor i Vietnam samt solcellstillverkning i Malaysia och USA.

Källa: Jinko Solar

Företaget är i alla fall inte alltför exponerat mot västliga marknader, där Kina, Asien‑Stilla havet (APAC) och tillväxtmarknader utgör majoriteten av företagets verksamhet.

Källa: Jinko Solar

Jinko har levererat 230 GW solceller i företagets historia och 20 GW under Q1 2024, upp från 14,5 GW för bara ett år sedan.

Detta gör Jinko till nummer 1 i fotovoltaikindustrin.

Jinkos mest avancerade solcell, N‑type, uppnår en anmärkningsvärt hög energiproduktion på 25,8 %. Den erbjuder också bifaciala paneler.

År 2023 tog N‑type över majoriteten av Jinkos försäljning, och utgjorde 80 % av hela leveranserna, med mer kapacitet från en 56 GW produktionsanläggning som förväntas nå full hastighet i slutet av 2024 för att stå för 90 % av leveranserna vid årets slut.

Den totala produktionskapaciteten förväntas nå 120‑130 GW, nästan hälften av företagets kumulativa produktion under hela dess historia.

För att göra sin produktprofil grönare har Jinko Solar också lanserat NeoGreen, den första N‑type solpanelen som produceras helt med förnybar energi (istället för den i Kina vanligt förekommande kol).

Jinkos ultraaggressiva tillväxt i produktionskapacitet speglar företagets förtroende för sin N‑type‑teknik och ambition att erövra exportmarknaderna i Asien, Afrika och Sydamerika. Och den övergripande utsikten att solenergi ska ta över världens energisystem.