Logo Onde Flow

Artykuły

Analiza wpływu montażu modułów PV na gruncie na aspekty środowiskowe i glebowe

Autor: Rafał Piechocki

Wprowadzenie

Farmy PV są słusznie reklamowane jako zielona i przyjazna dla środowiska alternatywa dla energetyki węglowej i jądrowej jednak nadal mogą powodować problemy dla lokalnego środowiska w postaci poważnej erozji gleby podczas spływania wody z modułów PV. Drugim bardzo ważnym aspektem analizy efektów wpływu modułów gęsto ułożonych modułów na farmie PV są kwestie blokowania dostępu naturalnego światła i wody deszczowej do gruntu pod modułami. Szczególnie to zagadnienie będzie istotne w układzie modułów PV zorientowanych w układzie wschód-zachód [4][5]. 

Czynniki szkodliwe ze strony farm PV

Trend zagęszczania rozmieszczenia modułów PV w celu „upakowania ciaśniej” modułów PV jest zrozumiały, ponieważ powierzchnie gruntów stają się coraz droższe. Tak budowane systemy PV tworzą ostatecznie konstrukcje przypominające dach, które blokują dostęp naturalnego światła i wody deszczowej do gruntu pod spodem. Wskaźnik pokrycia gruntu dla takich farm PV wynosi niekiedy ponad 90%. Należy sobie zdawać sprawę, że przywrócenie jakości gleby, która istniała przed wybudowaniem farmy PV, zajmie wtedy dużo czasu i nakładów agrarnych [4][5]. 

Wiele firm podejmuje już w Europie próby analizy tego zjawiska i oceny jego wpływu długookresowego na glebę zakładając 20-30 letnią eksploatację systemu PV. Przykładem może być firma Cleve Hill Solar Park Ltd., która uzyskała szczegółowe oceny oddziaływania na środowisko, analizujące poziom światła i wody, zawartość gleby i inne [4].

W czasie wieloletniej eksploatacji instalacji farmy PV mogą zajść negatywne procesy hydrologiczne i ekologiczne gleby. Ich odwrócenie może bardzo dużo kosztować, albo nie będzie można w praktyce zrealizować ich rewitalizacji środowiskowej. Oczywiście na obecnym etapie są to tylko badanie wstępne i weryfikujące. Zdiagnozowano już np. wpływ funkcjonowania modułów PV na farmach PV na przestrzenną niejednorodność wilgotności gleby na farmie PV oraz zakłócenia składu chemicznego wierzchniej warstwy gleby podczas budowy (efekt usunięcia roślinności i wyrównania gleby) czy ogólną zmianę mikroklimatu na znacznych obszarach [8]. 

Rys. 1. Przykładysystemów PV i gruntów pod modułami z ograniczonym dostępem światła słonecznego [4]

W nowym oczekiwanym podejściu do projektowania farm PV w tym zorientowanych na wschód i zachód wprowadza się innowacyjne wytyczne, które mogą zapobiegać degradacji gleby i oferować taką samą wydajność jak elektrownie fotowoltaiczne zorientowane na południe. Alternatywą wskazywaną dla układów wschód-zachód mogą być np. układy pionowe z modułami dwustronnymi ustawione na odpowiedniej wysokości lub układy wschód-zachód z modułami dwustronnymi o zwiększonym wskaźniku przepuszczalności promieniowania słonecznego  [5].

Analizując wzrost ilości wielkopowierzchniowych farm PV zagadnieniem niewątpliwe koniecznym jest, aby deweloperzy brali pod uwagę wpływ tak zwanego niekontrolowanego rozwoju energetycznego systemów PV na środowisko i użytkowanie gruntów. Chodzi o tzw. zwiększający się ślad użytkowania gruntów związany z rozwojem energetyki fotowoltaicznej. W niedawnym badaniu opublikowanym w Environmental Science & Technology zbadano wykorzystanie niekonwencjonalnych rodzajów pokrycia terenu do lokalizacji słonecznych. Naukowcy – pochodzący z UC Berkeley, UC Davis i Lawrence Berkeley National Laboratory – zidentyfikowali kilka typów gruntów, które mają potencjał do tworzenia synergii między rozwojem energii z farm PV, a ochroną ekosystemów. Za najbardziej atrakcyjne w tym zakresie uznano tereny poprzemysłowe, grunty zanieczyszczone oraz powierzchnie wody. Inwestycje nawet na niskich klasach gruntów rolnych przy nieprawidłowym projektowaniu instalacji PV mogą oznaczać problemy środowiskowe w tym zagrożenie erozyjne dla gleb [6].       

Rys. 2. Wyniki analiz wartości zmiany natężenia promieniowania słonecznego gleby pod modułami dla różnych systemów montażowych: „TNO variant 2” jako zoptymalizowany układ z modułami półprzezroczystymi [15]

Rys. 3. Przykłady negatywnych efektów oddziaływania wielkopowierzchniowych farm PV: a) erozja gleby spowodowana przepływem wody deszczowej z paneli PV, b) zmiany powierzchni składu warstwy wierzchniej gruntu podczas budowy farmy PV [5][6][7]

Operatorzy dużych instalacji farm PV na ogół chcą obniżyć koszty budowy i konserwacji, dlatego większość instalacji PV zastępuje istniejące pokrycie terenu ubitą ziemią, żwirem lub skoszoną trawą, co może negatywnie wpływać na lokalną różnorodność biologicznej (rysunek 3).

Sporo publikacji i źródeł wskazuje, że na obszarach takich jak południowo-zachodnia część Stanów Zjednoczonych, gdzie lokalizowane są bardzo duże instalacje PV, obserwuje się zwiększoną śmiertelność ptaków . Naukowcy nie są do końca pewni, dlaczego tak jest, ale jedną z dominujących koncepcji, znaną jako hipoteza „efektu jeziora”, jest to, że migrujące ptactwo wodne przedzierające się przez suchy krajobraz myli instalacje ze zbiornikami wodnymi i rozbija się o nie [12].

Rys. 4. Przykład farmy PV o dużej powierzchni - Desert Sunlight Solar Farm to 550-megawatowa elektrownia słoneczna na pustyni Mojave [16]

W szczególności duże instalacje słoneczne mogą również fragmentować ważne siedliska dzikich zwierząt lub korytarze migracyjne poprzez ogrodzenia i zmiany krajobrazu, a także mogą ograniczać przepływ genów zarówno dla populacji zwierząt, jak i roślin [15][16].

Same farmy PV zmieniają również mikroklimat w zakresie temp. Naukowcy zajmujący się środowiskiem z Uniwersytetu Lancaster i Centrum Ekologii i Hydrologii przez rok monitorowali duży park fotowoltaiczny w pobliżu Swindon. Ich badanie wykazało, że parki słoneczne zmieniły lokalny klimat, mierząc chłodzenie nawet o 5 stopni Celsjusza pod panelami latem. Efekty były jednak zróżnicowane w zależności od pory roku i pory dnia [17][18].

Metody ograniczania negatywnego wpływu systemów PV na środowisko

Inwestorzy w instalacje PV mają już niezbędne narzędzia i technologie agrarne aby do minimum ograniczyć negatywny wpływ oddziaływania wielkoformatowych instalacji PV na mikroklimat i glebę przez stosowanie wysiewów traw odpornych na erozję wodną czy też wysiew roślin kwitnących zintegrowanych z funkcjonującymi obok pasiekami [10][11][12].

Rys. 5. Przykłady pozytywnych efektów oddziaływania wielkopowierzchniowych farm PV: a) zasiewanie obszarów gruntów na farmach PV rzadkimi roślinami lub kwiatami, b) Ustawieniu uli pszczelich wokół farm zasiewanych kwiatami [10][11][12]
Rys. 6. Przykłady pozytywnych efektów oddziaływania wielkopowierzchniowych farm PV:  integracja hodowli zwierząt i farm PV [10][11][12]

Podsumowanie

Szereg analizowanych w przeprowadzonym przeglądzie dostępnej literatury czynników miało charakter negatywny. Wskazano jednak też, że przy odpowiednio zaplanowanym procesie projektowania farm PV z uwzględnieniem czynników ograniczających negatywny wpływ na glebę można uzyskać wręcz pozytywny ślad użytkowania gruntów rolnych związany z rozwojem energetyki fotowoltaicznej np. w zależności od rodzaju gruntu wykorzystywanego pod inwestycję [6][7][8].

Artykuł powstał dzięki wsparciu firmy HUAWEI w ramach I edycji Programu Grantowego SOFIA.
Przypisy

    1. [1]     Flizikowski J. Mroziński A.: Inżynieria instalacji fotowoltaicznych. Monografia pod redakcją A. Mrozińskiego. Wydawnictwo Grafpol. Bydgoszcz 2016

    1. https://www.pv-tech.org/five-key-considerations-for-east-west-solar-design/ http://pvfans.pl/aktualnosci/energia-z-pv-tansza-od-atomu/ (dostęp 10.2022 r.)

    1. https://www.pv-magazine.com/2021/08/09/novel-design-for-east-west-solar-parks-reduces-soil-deterioration/ (dostęp 10.2022 r.)
    2. https://pl.dsisolar.com/info/7-most-popular-solar-pv-system-design-and-simu-34924963.html (dostęp 10.2022 r.)

    1. https://www.hydrograsstech.com/5-factors-that-complicate-erosion-control-on-solar-farms/ (dostęp 10.2022 r.)

    1. https://environment-review.yale.edu/reducing-land-use-impact-solar-energy-triple-win-climate-agriculture-and-biodiversity (dostęp 10.2022 r.)

    1. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fenvs.2020.00140/full  (dostęp 10.2022 r.)

    1. https://www.authorea.com/users/418255/articles/525059-effects-of-solar-parks-on-soil-quality-co2-effluxes-and-vegetation-under-mediterranean-climate  (dostęp 10.2022 r.)

    1. https://www.pv-magazine.com/2020/05/27/solar-parks-have-better-biodiversity-impact-than-intensive-monoculture-farming/  (dostęp 10.2022 r.)

    1. https://ccrenew.com/news/cypress-announces-plan-build-new-yorks-first-solar-farms-pollinator-friendly-habitats/  (dostęp 10.2022 r.)

    1. https://www.york.ac.uk/news-and-events/news/2019/research/solar-farms-haven-british-wildlife/ (dostęp 07.2022 r.)

    1. https://www.maine.gov/dacf/ard/resources/solar.shtml  (dostęp 07.2022 r.)

    1. [15]  https://repository.tno.nl//islandora/object/uuid:f39ccb4e-6a9e-43a4-9aa3-6432c5df8fd0 (dostęp 03.2022 r.)

    1. https://www.vox.com/2021/8/18/22556193/solar-energy-biodiversity-birds-pollinator-land (dostęp 10.2022 r.)

    1. https://www.ceh.ac.uk/news-and-media/news/solar-panels-study-reveals-impact-local-environment (dostęp 10.2022 r.)

    1. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/11/7/074016 (dostęp 10.2022 r.)

Obserwuj nas po więcej!
Kontakt
sofia@ondeflow.pl
ul. Wapienna 40
87-100 Toruń
Pełny kontakt