Integracja upraw, zwierząt gospodarskich i paneli słonecznych: przegląd systemów agriwoltaicznych / Diego Soto-Gómez

3.2 Korzyści środowiskowe, ekonomiczne i społeczne systemów AV

Systemy AV wiążą się z szeregiem korzyści na różnych poziomach: mają pozytywny wpływ na środowisko, niosą ze sobą korzyści ekonomiczne i społeczne oraz mogą przyczyniać się do poprawy produktywności i efektywności wykorzystania gruntów. Ten ostatni punkt, czyli poprawa produktywności i efektywności wykorzystania gruntów, wciąż budzi kontrowersje i wiele zależy od wyników analiz.

Wpływ na środowisko: Systemy AV oferują wiele korzyści dla środowiska, głównie ze względu na ich zdolność do optymalizacji wykorzystania zasobów naturalnych i poprawy odporności klimatycznej ekosystemów rolniczych — w szczególności w bardzo gorącym klimacie oraz regionach suchych i półpustynnych. Wdrożenie AV prowadzi do znacznego zmniejszenia zapotrzebowania na nawadnianie i erozji (wodnej i wiatrowej) [ 15 ] i może zatrzymać więcej wody w okresie letnim [ 46 ]. W zależności od poziomu zacienienia może to zaoszczędzić do 29% wody [ 47 ], a ponadto moderować temperaturę pod panelem [ 48 ]. Warmann i in. [ 49 ] zastosowali model ewapotranspiracji Penmana–Monteitha w kilku obszarach południowo-wschodnich Stanów Zjednoczonych i doszli do wniosku, że redukcja zużycia wody może wynieść nawet 30–40% w systemach AV. Ponadto ocenione systemy wykazały, że popołudniowy cień może być korzystny dla gatunków tolerujących cień w gorących, suchych warunkach. Winogrona uprawiane pod panelami charakteryzowały się większą intensywnością fotosyntezy w południe w porównaniu z winogronami uprawianymi w pełnym słońcu [ 26 ].

Zaobserwowano, że ewapotranspiracja roślin przyczynia się do obniżenia temperatury paneli słonecznych i poprawy ich wydajności [ 50 ]. Niektóre badania wskazały jako korzyść zmniejszenie ewapotranspiracji w regionach, gdzie dostępne światło wynosi od 50% do 70% całkowitego nasłonecznienia [ 51 , 52 ]. W warunkach zacienionych tempo fotosyntezy jest zmniejszone, a aparaty szparkowe zamykają się [ 53 ], co zmniejsza utratę wody przez rośliny, co może być korzystne w klimatach o wysokich temperaturach i intensywnym promieniowaniu słonecznym w scenariuszu zmiany klimatu [ 54 ]. Jest to szczególnie istotne w przypadku upraw, które doświadczają tych problemów podczas kwitnienia lub napełniania ziarna. Z tego powodu w warunkach stresu wodnego niektóre uprawy, takie jak kukurydza i ryż, mogą skorzystać z obecności paneli, zwiększając produkcję roślinną [ 55 ].

Ten rodzaj zarządzania jest również potencjalnym narzędziem tworzenia ekosystemów odpornych na zmiany klimatu poprzez ochronę gleby, upraw i zwierząt przed promieniowaniem słonecznym i ekstremalnymi zjawiskami pogodowymi, takimi jak susza, mróz, grad, ulewne deszcze i fale upałów [ 56 ]. Systemy stosowane w Agostini i in. [ 57 ] stabilizują uprawy kukurydzy poprzez lepszą kontrolę temperatury i ciepła. Barron-Gafford i in. [ 55 ] zaobserwowali, że panele słoneczne w systemach AV charakteryzowały się niższymi dobowymi temperaturami i mniejszymi wahaniami niż w tradycyjnych instalacjach ze względu na równowagę między ciepłem utajonym z transpiracji roślin a ciepłem jawnym z promieniowania gołej gleby. Doprowadziło to do obniżenia temperatury paneli o 8,9 °C w ciągu dnia w sezonie wegetacyjnym. Biorąc pod uwagę, że używane panele były najbardziej wydajne w temperaturach poniżej 30 °C, stosując model doradcy systemu [ 58 ], obliczono, że obniżenie temperatury w miesiącach wegetacyjnych zwiększyło produkcję energii o 3%, co przekłada się na 1% rocznie.

Te systemy mogą mieć również pozytywny wpływ na produkcję niektórych upraw, ponieważ wykazano, że brak światła często wiąże się ze wzrostem powierzchni liści w celu optymalizacji wykorzystania światła [ 59 ]. W systemach AV napowietrznych panele mogą być strategicznie rozmieszczone, aby częściowo pokryć uprawy, zapewniając optymalną liczbę godzin światła. Ponadto utrzymywanie gleby w uprawie zmniejsza erozję wietrzną i może pomóc w zmniejszeniu zanieczyszczenia paneli fotowoltaicznych [ 60 ], które występuje w elektrowniach fotowoltaicznych, gdzie gleba jest goła lub słabo porośnięta roślinnością [ 61 , 62 ].

Wreszcie zmniejszona intensywność światła słonecznego i niższe temperatury pod panelami mogą sprzyjać wzrostowi roślin tolerujących cień, promując bioróżnorodność upraw i zapewniając siedliska dla pożytecznych owadów i dzikich zwierząt [ 63 ]. Ta fizjologiczna adaptacja jest znana jako syndrom unikania cienia (SAS) i może zwiększyć plony upraw wykorzystywanych do pozyskiwania liści, łodyg lub korzeni [ 64 ]. Niektóre gatunki, takie jak sałata, wydają się obiecujące pod kątem włączenia do AV [ 52 ]. Badania z cykorią w południowych Włoszech również wykazały bardzo pozytywne wyniki: Semeraro i in. [ 54 ] zaobserwowali wzrost plonów jadalnych o 69% w warunkach zacienienia, co sugeruje, że rośliny są pod wpływem SAS. Ponadto rośliny, które cieszyły się mniejszą liczbą godzin światła, miały wyższy stosunek chlorofilu a/b niż kontrola, adaptacja, która pozwoliła im lepiej wykorzystać czerwone światło, które jest bardziej przenikliwe i może dotrzeć do liści [ 65 ]. Ponadto, modyfikując warunki glebowe i powodując zmiany mikroklimatu (zmieniając temperaturę, wilgotność i ekspozycję na promieniowanie UV), oddziałują na społeczności mikroorganizmów glebowych, zmieniając równowagę bakteryjną i grzybową oraz wpływając na rozkład materii organicznej [ 66 ]. Bai i in. [ 67 ] zaobserwowali zmianę w składzie społeczności mikroorganizmów glebowych: względna liczebność Actinobacteriota zmniejszyła się pod panelami słonecznymi, podczas gdy liczebność Proteobacteria, Acidobacteriota i Methylomirabilota wzrosła.

Wpływ ekonomiczny i społeczny: Na poziomie ekonomicznym i społecznym takie systemy mogą być bardzo korzystne dla społeczności wiejskich — w zakresie dywersyfikacji dochodów, poprawy dostępu do energii elektrycznej i osiągnięcia większej stabilności ekonomicznej — a nawet dla deweloperów paneli słonecznych [ 31 ]. Systemy AV promują dywersyfikację dochodów, wprowadzając nowe źródła dochodów dla gospodarstw rolnych i wspierając ekonomikę sektora rolnego [ 68 ]. Dostarczając czystą energię w celu podtrzymania działalności rolniczej, która obecnie opiera się na paliwach kopalnych, systemy te przyczyniają się do zmniejszenia wpływu rolnictwa na środowisko [ 69 ]. Ponadto mogą one zwiększyć wartość ekonomiczną agroekosystemów poprzez wielofunkcyjne działania, które zapewniają większą odporność dochodów [ 70 ]. Stabilności cen upraw sprzyjają również systemy AV, które mogą wspierać produkcję roślinną przy obniżonych kosztach i zwiększonej produkcji żywności [ 55 ]. Sojib Ahmed i in. [ 71 ] zbadali ekonomikę systemów AV na polach ryżowych i biorąc pod uwagę wyższe korzyści netto systemów fotowoltaicznych, zaobserwowali, że jeśli utrzyma się 90% produkcji ryżu, korzyści generowane przez te systemy będą rzędu 22 do 115 razy wyższe niż te generowane przez samą produkcję ryżu.

Systemy AV mogą pomóc odzyskać zmniejszającą się powierzchnię gruntów uprawnych i utrzymać produkcję żywności w scenariuszu globalnego wzrostu populacji [ 72 ] oraz na obszarach, na których grunty rolne są porzucane. Systemy stosowane przez Agostini i in. [ 57 ] są montowane na uprawach i minimalizują zajęcie ziemi. Ponadto, poprzez LCA, stwierdzono, że mają one podobną wydajność środowiskową jak konwencjonalne systemy fotowoltaiczne. Systemy AVP mogą również zwiększyć wartość ziemi i poprawić produkcję energii. Na przykład w Tajlandii badano wzrost i plony pak choi oraz produkcję energii elektrycznej i zaobserwowano, że uprawy pod panelami mogą obniżyć temperaturę paneli i zwiększyć ich wydajność oraz produkcję energii elektrycznej [ 73 ].

Systemy AV mogą odgrywać ważną rolę w redukcji budżetu na nawadnianie lub czyszczenie paneli słonecznych [ 74 ]. Z jednej strony woda używana do utrzymania wydajności paneli może być używana do nawadniania upraw, a z drugiej strony systemy agriwoltaiczne mogą dostarczać energię potrzebną do utrzymania systemów pompowania i nawadniania. Jest to szczególnie krytyczne na obszarach z niedoborami energii elektrycznej, gdzie niezawodne zasilanie jest niezbędne do utrzymania produktywności rolnictwa. Ponadto odpowiednia konstrukcja paneli fotowoltaicznych może ułatwić zarządzanie wodą, służąc jako kanały do ​​dystrybucji lub magazynowania wody deszczowej, co jest szczególnie przydatne w regionach o zmiennych wzorcach opadów, takich jak klimat monsunowy w Indiach, gdzie opady koncentrują się między czerwcem a wrześniem, z dwoma okresami suszy pomiędzy nimi [ 70 ]. Ta podwójna funkcjonalność nie tylko wspiera bezpośrednie zapotrzebowanie gospodarstw rolnych na energię, ale także zwiększa możliwości zarządzania wodą, przyczyniając się w ten sposób do ogólnej wydajności i zrównoważonego rozwoju gospodarstw. W analizie SWOT przeprowadzonej dla systemów AV w Brazylii [ 15 ] zidentyfikowano szereg mocnych stron ekonomicznych i społecznych, w tym: sektor energii słonecznej kwitnie, co czyni go bardzo obiecującym obszarem inwestycji; Istnieje wiele krajów z gospodarką rolną, które mogłyby odnieść znaczne korzyści z powiązanej dywersyfikacji dochodów; istnieje coraz więcej zachęt do takiego zarządzania; coraz większa uwaga poświęcana jest zmianom klimatu; a także rośnie zapotrzebowanie na systemy produkcji energii odnawialnej na obszarach wiejskich. Z drugiej strony, jako główne słabości wskazują brak wiedzy na temat technologii AV, brak literatury lub obszarów eksperymentalnych, potrzebę początkowych inwestycji w infrastrukturę i komponenty oraz brak wiedzy technologicznej i doświadczenia. Wskazują również jako szanse możliwość nowych źródeł finansowania, istnieje miejsce na rozwój technologiczny, produkcję rolną (szczególnie na obszarach półpustynnych), tworzenie miejsc pracy i modeli biznesowych, możliwość tworzenia stowarzyszeń, które dzielą się produkcją, lub odporność rodzin zaangażowanych w rolnictwo. Wreszcie, wskazują jako zagrożenia konkurencję o ziemię, brak wytycznych i przepisów, skąpe wykształcenie w tym zakresie i niską siłę inwestycyjną społeczności wiejskich.

3.3. Plony rolnicze i energetyczne

W tej kwestii wciąż istnieją pewne rozbieżności między autorami co do zalet systemów autonomicznych pod względem plonów. Należy pamiętać, że do zainstalowania systemu autonomicznego konieczna jest instalacja paneli słonecznych, co wymaga części gruntu i częściowo wykorzystuje światło z upraw. W związku z tym, w niektórych przypadkach spodziewany jest nieznaczny spadek plonów, który jest kompensowany przez produkcję energii. Jak zostanie to omówione w dalszej części, obecne ramy prawne mają na celu ograniczenie spadku plonów w systemach autonomicznych do mniej niż 10–20%, aby nie zagrozić dostawom żywności.

Oceniając system AV, należy wziąć pod uwagę zarówno produkcję roślinną lub zwierzęcą, jak i wytwarzanie energii. [ 68 ] zbadali różne systemy AV i doszli do wniosku, że plony są w dużym stopniu zależne od rodzaju uprawy, lokalizacji, stopnia zacienienia panelu i konkretnych warunków klimatycznych w roku badań. Na przykład w ciepłych obszarach, takich jak Tucson, chiltepin wykazał 150% wzrost plonów przy 70–80% zacienieniu [ 55 ]. Z drugiej strony, w Santiago de Chile plony brokułów zostały zmniejszone o 29% przy 30% zacienieniu [ 75 ]. Wyniki są zróżnicowane nie tylko w odniesieniu do plonów, ale także tam, gdzie uwzględniono zmiany w jakości plonów — nie ma wyraźnego trendu. W przypadku upraw takich jak sałata, w obszarach takich jak Almeria (południowa Hiszpania, bardzo gorący i suchy klimat), użycie 22% rośliny okrywowej znacznie zwiększyło plony, a także zwiększyło świeżą masę, suchą masę, liczbę liści, maksymalną długość i suchą masę korzeni zarówno wiosną, jak i latem. Inne badanie w Amaliadzie, w południowo-zachodniej Grecji, pokazuje niewielki (nieistotny statystycznie) wzrost świeżej masy roślin przy 20% zacienieniu, a także znaczący wzrost powierzchni liści. Zaobserwowano również spadek transpiracji roślin, co jest związane z chłodniejszymi i wilgotniejszymi warunkami zacienienia [ 76 ]. Inne badanie, przeprowadzone w Montpellier, pokazuje przeciwne wyniki, szczególnie w przypadku stosowania systemów, które wytwarzają baldachimy z nadmiernym zacienieniem (około 50%). Jednak gdy pokrycie jest niższe, około 30%, plony nie spadają tak bardzo (od 1 do 19% w porównaniu z kontrolą). W tym drugim przypadku istnieją odmiany takie jak Lactuca sativa acephala sp. „Kiribati” i Lactuca sativa acephala sp. „Emocion”, które dają jeszcze wyższe plony [ 77 ].

To samo dotyczy pomidorów — istnieją dość różne wyniki [ 12 ]. Badanie przeprowadzone w ośrodku badawczym na północ od Tucson, AZ, USA w warunkach ekstremalnego ciepła wykazało, że liczba owoców S. lycopersicum var. cerasiforme (odmiana wrażliwa na ciepło) podwoiła się w cieniu paneli. Ponadto wchłonięto o 65% więcej CO2, a efektywność wykorzystania wody była również o 65% większa [ ₅₅ ] . W tym samym badaniu autorzy zaobserwowali, że Capsicum annuum var. glabriusculum , odmiana przyzwyczajona do uprawy w cieniu, wchłonęła o 33% więcej CO2 _i potroiła produkcję owoców pod panelami, a produkcja jalapeño ( Capsicum annuum var. annuum ) miała o 157% większą efektywność wykorzystania wody pod panelami przy jednoczesnym utrzymaniu produkcji. Cossu i in. [ 78 ] przeprowadzili również badanie z pomidorem ( Solanum lycopersicum L., cv. Shire ) w szklarni, przykrywając część dachu i ścian panelami słonecznymi (zmniejszając promieniowanie o 58–73%) i zaobserwowali zmniejszenie plonów, zarówno całkowitych (22%), jak i produkcji handlowej (18%), ale nie suchej masy. Autorzy wskazują również, że pomimo tego spadku, produkcja energii elektrycznej jest ekonomicznie bardziej opłacalna (rzędu 11 razy bardziej opłacalna), więc ten typ systemu może zrekompensować spadek produkcji. López-Díaz i in. [ 79 ] zaobserwowali istotny spadek produkcji pomidorów dla różnego % zacienienia: 15, 39 i 50% było związane ze spadkiem plonów odpowiednio o 10, 29 i 39%. W winnicy położonej w północnych Włoszech, gdzie 75% powierzchni stanowiły tereny zacienione, zaobserwowano zmniejszenie produkcji winogron (<15%) przy jednoczesnym wzroście kwasowości miareczkowej, która jest ważnym parametrem w produkcji wina [ 26 ].

W Tabeli S1 Informacji uzupełniających przedstawiono podsumowanie rzeczywistych eksperymentów oceniających plony różnych upraw w systemach AV w porównaniu z kontrolami. W większości przypadków (ponad 80% konsultowanych badań) zaobserwowano zmniejszenie plonów. W prawie 40% przypadków zmniejszenie wynosi ponad 20%, a w najbardziej ekstremalnych przypadkach dochodzi do 88% [ 80 ]. W wielu uprawach można zaobserwować bezpośrednią zależność między procentem zacienienia a zmniejszeniem plonów ( rysunek 3 ).

Rysunek 3. Zależność między procentem zacienienia a produkcją różnych upraw w porównaniu z kontrolą. Rysunek ten sporządzono na podstawie danych z tabeli S1 .

W odniesieniu do zwierząt gospodarskich Andrew i in. [ 27 ] nie stwierdzili różnic w produkcji jagniąt w systemie AV w porównaniu z grupą kontrolną ani w zachowaniu zwierząt. Inne badanie z udziałem krów wykazało podobne wyniki – brak różnic w produkcji i jakości mleka, ale różnice w aktywności zwierząt. Szczytowa aktywność krów była zmniejszona w bardzo upalne dni, ponieważ zwierzęta chroniły się pod panelami [ 81 ].

Podczas gdy powyższe są badaniami bezpośrednio mierzącymi plony, inne metody mogą być stosowane do określania plonów systemów AV, takie jak holistyczne symulacje oceniające plony upraw w zmiennych warunkach środowiskowych, biorące pod uwagę interakcje roślina-gleba, techniki uprawy i parametry mikroklimatyczne [ 17 , 82 ]; prostsze metody poprzez modelowanie fotosyntetycznie czynnego promieniowania pod uprawami [ 83 ]; lub rozważanie padającego widmowego natężenia promieniowania wraz z widmową absorpcją roślin, co pozwala na obliczenie ilości CO2 _{pochłoniętego} przez uprawę w danym okresie [ 84 ]. Mouhib i in. [ 46 ] modelowali wydajność dwuogniskowych paneli fotowoltaicznych na uprawach oliwek, biorąc pod uwagę różne kąty nachylenia (od 0 do 90°) i różne wysokości (od 3 do 4,5 m) i odkryli, że produkcja energii osiąga maksimum, gdy nachylenie paneli zbliża się do szerokości geograficznej miejsca. W zakresie od 0 do 60° nachylenia wydajność paneli zawsze przekracza 80%, ale spada do 50% przy nachyleniu zbliżonym do 90°. Różnice w wysokości są niewielkie, ale wydajność przy 4,5 m jest nieco wyższa.

Aby ułatwić porównania dotyczące wydajności w systemach AV, gdy trzeba wziąć pod uwagę więcej niż jedno zastosowanie, zwykle dokonuje się tego za pomocą współczynników ekwiwalentu gruntowego (LER) [ 18 ]:

gdzie Yield _Crop(AV) to plon plonu w systemie AV; Yield _Crop(Conv) to plon plonu w systemie konwencjonalnym (jednorazowego użytku); Yield _Elec(AV) to plon paneli słonecznych w systemie AV; a Yield _Crop(Conv) to plon paneli słonecznych w systemie konwencjonalnym (jednorazowego użytku) [ 47 ]. Wskaźnik LER wybrano jako główny, ponieważ zapewnia kompleksowy, szybki i łatwy do zrozumienia przegląd zalet i wad systemów AV w porównaniu z systemami niepodwójnymi.

System, w którym wytwarzany jest tylko jeden rodzaj produktu (energia rolnicza lub elektryczna), ma współczynnik LER równy 1, podczas gdy systemy AV zwykle mają wartości powyżej tej wartości [ 18 , 83 , 85 ]. Na przykład Mouhib i in. [ 46 ] stwierdzili, że współczynnik LER instalacji fotowoltaicznej w Hiszpanii wynosił od 0,5 do 1 (biorąc pod uwagę różne konfiguracje); dla plantacji oliwek na tym samym obszarze wynosił on około 0,8, a dla systemu AV łączącego oba te współczynniki wynosił od 1,3 do 1,7 (biorąc pod uwagę różne wysokości i kąty montażu paneli). Podobne obserwacje poczyniono w przypadku winnic: współczynnik LER w systemach AV wynosił od 1,27 do 1,5 [ 86 ]. W Belgii na polach pszenicy zaobserwowano wartości LER w systemach AV wynoszące od 0,97 do 1,22 [ 87 ]. W tym przypadku systemy AV nie wydają się być bardzo wydajne i wymagają optymalizacji: z jednej strony wydaje się, że pszenica ( Triticum aestivum ) jest bardziej wrażliwa na zacienienie (osiąga się tylko 54–67% kontroli) w porównaniu do buraków cukrowych (plon tej uprawy zawsze wynosi powyżej 80%); z drugiej strony panele bifacjalne są mniej wydajne w zbieraniu energii słonecznej niż te, które mogą zmieniać swoje nachylenie zgodnie z trajektorią słońca (odpowiednio 76% i 114% w porównaniu z kontrolą). Niektóre modele wykazały, że w gorących i suchych obszarach systemy AV mogą osiągać wartości LER wynoszące 2 lub nawet wyższe, zwłaszcza jeśli zespoły są zaprojektowane tak, aby maksymalizować produkcję energii elektrycznej (np. poprzez prawidłowe zorientowanie paneli słonecznych) [ 49 ]. Na rysunku 4 przedstawiono LER kilku badań europejskich (więcej informacji można znaleźć w tabeli S2 informacji uzupełniających ). Na coś podobnego zwrócono uwagę w badaniu Willockxa i in. [ 88 ], gdzie oszacowano (teoretycznie), że w obszarach Europy Południowej występują wartości LER wyższe niż 2. W regionie Morza Śródziemnego obserwuje się tendencję do wyższego LER, prawdopodobnie związaną z większą liczbą godzin dziennych: można wyprodukować więcej energii bez poświęcania zbyt dużej przestrzeni lub zasobów na produkcję rolną. Ponadto gleby te lepiej znoszą zacienienie, co może mieć pozytywny wpływ na żyzność gleby, utrzymanie wilgoci i bioróżnorodność.

Rysunek 4. Interpolowana mapa cieplna średnich współczynników ekwiwalentu gruntów (LER) w Europie na podstawie danych bibliograficznych. Kropki oznaczają przybliżone współrzędne każdego studium przypadku, a cieniowanie wykonano metodą interpolacji najbliższego sąsiada, aby zilustrować różnice regionalne. Uwzględniono zarówno dane empiryczne, jak i modelowane ( szczegółowe informacje w tabeli S2 ). Gradient kolorów waha się od niebieskiego (niższy LER) do czerwonego (wyższy LER), wskazując na względną efektywność użytkowania gruntów przez systemy agriwoltaiczne w całej Europie. Zwiększone kontrasty kolorów i wyraźne etykiety poprawiają przejrzystość i precyzję prezentowanych danych.

3.4. Wyzwania i ograniczenia

Adelhardt i in. [ 89 ] przeprowadzili analizę ryzyka związanego z systemami AV w Afryce Subsaharyjskiej, wykorzystując podejście PESTLE [ 90 ], które uwzględnia aspekty polityczne, ekonomiczne, społeczne, technologiczne, prawne i środowiskowe, a którego wyniki można uwzględnić w wielu innych częściach świata. W drodze przeglądu literatury i częściowo ustrukturyzowanych wywiadów zidentyfikowali oni następujące kwestie:

• Polityczne: niestabilność polityczna i prawdopodobieństwo załamania się w krótkim czasie; przekupstwo i korupcja; brak wsparcia politycznego (tj. brak zainteresowania ze strony instytucji publicznych); bariery regulacyjne, takie jak wysokie podatki lub przepisy karzące za instalowanie instalacji fotowoltaicznych na polach uprawnych; niepewność (polityczna i legislacyjna) oraz biurokracja charakteryzująca się złożonymi procesami zatwierdzania [ 87 , 91 ].
• Ekonomiczne: ograniczona dostępność danych rynkowych dotyczących wytworzonych produktów; brak lokalnych struktur mocy (i rynku) oraz uzależnienie od importu (np. części zamiennych); restrykcyjna pozycja monopolistyczna krajowych dostawców energii; wysokie początkowe nakłady inwestycyjne; brak zasobów finansowych i ograniczony dostęp do finansowania; długi okres zwrotu; niepewność finansowa (spowodowana pogodą, zmiennością cen itp.) [ 89 , 91 , 92 ].
• Społeczne: brak akceptacji społecznej związanej na przykład z bezpieczeństwem żywnościowym; niechęć do inwestowania; złożoność procesów koordynacji i planowania; brak wiedzy i wykształcenia; relacje naznaczone konfliktami interesów; brak programów inkluzywnych i partycypacyjnych; nierówność historyczna; poprzednie negatywne doświadczenia; dostosowanie do lokalnych praktyk; ograniczona lokalna sieć interesariuszy; niewystarczające zaangażowanie; oraz indywidualny oportunizm [ 15 , 91 , 92 ].
• Technologiczne: niezgodność z lokalnymi wymogami i wymogami wymaganego systemu; budowa charakteryzująca się niedoborem wykwalifikowanej siły roboczej i ograniczeniami w kontroli jakości; zagrożenia związane z konserwacją, kradzieżą podzespołów technologicznych lub negatywnymi efektami cienia [ 93 , 94 ].
• Kwestie prawne: niejasne prawa do użytkowania gruntów, koszty związane z postępowaniami sądowymi i niepewność co do własności aktywów [ 89 , 91 , 95 ].
• Środowiskowe: bezpośrednie lub pośrednie szkody w glebie/uprawach i zmniejszenie zysków rolniczych [ 33 ].

Spośród wszystkich tych zagrożeń, te, które najbardziej niepokoją interesariuszy, tj. te, które miałyby największy wpływ i prawdopodobieństwo wystąpienia, to zagrożenia finansowe: brak środków finansowych, ograniczony dostęp do finansowania i wysokie koszty początkowe. Problem kradzieży również budzi poważne obawy, podczas gdy brak akceptacji społecznej lub niskie poparcie polityczne byłyby problemami drugorzędnymi (o mniejszym wpływie i mniejszym prawdopodobieństwie wystąpienia).

Wyzwania techniczne: Systemy AV wiążą się z szeregiem wyzwań technicznych, które mają kluczowe znaczenie dla ich wdrożenia i zrównoważonego rozwoju. Wyzwania te obejmują zarówno projektowanie instalacji, wpływ na jakość upraw i krajobraz, jak i użytkowanie maszyn oraz konserwację paneli słonecznych.

Jeśli chodzi o projekt, często wskazuje się na dwa główne ograniczenia (szczególnie w uprawach rolnych): z jednej strony instalacje muszą być kompatybilne z wymaganiami świetlnymi wielu upraw (jeśli stosuje się płodozmiany); z drugiej strony nie mogą kolidować z praktykami zarządzania i wykorzystaniem maszyn, które są często optymalizowane i w dużym stopniu zależne od preferencji rolnika, terenu i klimatu [ 87 ]. Problem zacienienia pokazano na rysunku 3 i budzi on szczególne obawy w niektórych obszarach, gdzie liczba godzin dziennych jest ograniczona: na przykład w Belgii, jednym z głównych producentów buraków cukrowych w Europie, istnieje liniowa zależność między plonem a zmniejszonym zacienieniem [ 96 ]. Podobne wzorce zaobserwowano również w uprawach pszenicy, w przypadku których brak światła powoduje straty plonów w Wielkiej Brytanii [ 97 ] i Argentynie [ 98 ]. Jednak na obszarach z nadmiarem światła, takich jak obszar śródziemnomorski, efekt zacienienia może być odwrotny, a plon ziarna może wzrosnąć nawet o 19% [ 99 ]. Touil i in. [ 100 ] stwierdzono, że 25% zacienienia niekoniecznie wpływa na wzrost i jakość upraw.

Z drugiej strony, istnieją również pewne obawy dotyczące obniżenia jakości plonów, jeśli zwiększone zostanie zacienienie: Sytar i in. [ 101 ] odkryli, że ekspozycja na światło słoneczne zwiększa ilość flawonoidów w liściach buraka cukrowego; a zmniejszenie całkowitej zawartości rozpuszczalnych substancji stałych zaobserwowano w winnicy winorośli we Włoszech [ 26 ]. Reher i in. [ 87 ] stwierdzili mniejszą zawartość chlorofilu w liściach buraka cukrowego w systemach AV w porównaniu z kontrolą, ale nie dotyczyło to jakości plonu pszenicy: liczba ziaren na źdźbło, masa tysiąca ziaren i zawartość białka w ziarnie dały podobne wyniki. W przypadku zawartości białka była ona nawet znacznie wyższa w jednym z sezonów pod zarządzaniem AV. Jeśli chodzi o wykorzystanie maszyn pod panelami słonecznymi, oprócz ograniczeń przestrzennych, pojawiły się problemy z maszynami samojezdnymi, które tracą sygnał GPS pod modułami, co może prowadzić do słabego rozmieszczenia nasion na działce [ 102 ].

Aspekty związane z instalacją i konserwacją systemów AV można uznać za ograniczenia. Na przykład uszkodzenia gleby spowodowane zagęszczeniem lub erozją podczas instalacji systemów AV (co może mieć negatywny wpływ na plony), związana z tym utrata gruntów, które mogą stanowić około 10% gruntów pod uprawy rolne [ 87 ]. Nie dotyczy to sadów drzewnych, gdzie panele można umieścić bez zajmowania miejsca [ 93 ]. Z drugiej strony, uszkodzenia paneli słonecznych mogą również wystąpić przez maszyny rolnicze lub zwierzęta. Duże maszyny używane do sadzenia lub zbioru mogą przypadkowo uderzyć w panele, powodując uszkodzenia fizyczne, a zwierzęta gospodarskie mogą również stwarzać ryzyko przez potencjalne uszkodzenie paneli. Problemy te zwiększają ryzyko pożaru, szczególnie w gorących i suchych warunkach. Ponadto usterki elektryczne, takie jak awarie systemów uziemienia, mogą prowadzić do iskier, które mogą zapalić materiały łatwopalne, dodatkowo zwiększając ryzyko pożaru [ 94 ]. Ponadto kwestie związane z bezpieczeństwem operatora, takie jak ryzyko wypadków podczas instalacji i konserwacji ze względu na wysokość i położenie paneli, muszą być starannie zarządzane. Ponadto gromadzenie się pyłu, nasilone przez erozję wietrzną na otwartych polach, może zmniejszyć wydajność paneli i wymagać częstego czyszczenia [ 70 ]. Chemikalia używane w tych procesach czyszczenia mogą mieć niepożądany wpływ na pobliskie uprawy, potencjalnie wpływając na ich wzrost i plony. Chociaż panele samoczyszczące [ 103 ] lub wykorzystanie wody do nawadniania upraw [ 19 ] mogą złagodzić niektóre z tych problemów, staranne planowanie i zarządzanie są niezbędne do minimalizacji ryzyka.

Oprócz wyzwań operacyjnych i konserwacyjnych, utylizacja zużytego sprzętu, zwłaszcza paneli słonecznych, budzi poważne obawy dotyczące środowiska. Gdy panele słoneczne osiągną koniec swojego cyklu życia (zwykle 25–30 lat), muszą zostać prawidłowo zutylizowane, aby uniknąć szkód dla środowiska. Niewłaściwa utylizacja może prowadzić do uwolnienia niebezpiecznych materiałów, takich jak kadm i ołów, które są obecne w niektórych rodzajach paneli [ 104 ]. Dlatego kluczowe jest opracowanie i wdrożenie skutecznych programów recyklingu i wytycznych w celu rozwiązania tego problemu. Coraz większą uwagę zwraca się obecnie na recykling i ponowne wykorzystanie materiałów wycofanych z eksploatacji paneli w celu zmniejszenia wpływu na środowisko. Działania te nie tylko łagodzą potencjalne szkody związane z utylizacją, ale także przyczyniają się do gospodarki o obiegu zamkniętym poprzez odzysk cennych materiałów do przyszłego wykorzystania.

Transformacja krajobrazu jest kolejnym ważnym czynnikiem branym pod uwagę przy projektowaniu systemów AV. Sirnik i in. [ 105 ] opracowali ramy analityczne w celu określenia dziesięciu wskaźników zmiany krajobrazu, które można powiązać z systemami AV. Pozwoliło im to przeanalizować cztery gospodarstwa tego typu, określić, które efekty są najczęstsze i opracować szereg rozważań i zaleceń politycznych. Doszli do wniosku, że przy projektowaniu takich systemów ważne jest, aby zwracać uwagę na przykład na zmiany w rodzajach upraw, wzorcach upraw, ogrodzeniach, infrastrukturze pomocniczej, otwartości (cecha odnosząca się do ilości krajobrazu, którą można obserwować z wysokości 1,6 metra), zmiany we wzorcach upraw itp. Inne nowsze badanie [ 33 ] porównuje jakość krajobrazu dwóch systemów AV w Holandii, jednego nad głową i drugiego międzyplonowego, biorąc pod uwagę trzy czynniki — użytkowanie, doświadczenie i przyszłość w oparciu o triplet witrubiański — poprzez powiązanie ich z czterema interesami społecznymi: ekonomicznym, społecznym, ekologicznym i kulturowym. Wartość użytkowa odnosi się do adekwatności funkcjonalnej i wydajności, wartość empiryczna do tożsamości i znaczenia oraz wartość przyszła do wydajności i zrównoważonego rozwoju w czasie. Z drugiej strony, interes ekonomiczny dotyczy efektywności użytkowania gruntów, interes społeczny dotyczy walki z nierównościami, interes ekologiczny dotyczy zrównoważonego projektowania, a interes kulturowy dotyczy doświadczenia ludzkiego. Biró-Varga i in. [ 33 ] stwierdzili, że w obu systemach następuje spadek wartości empirycznej i wzrost wartości przyszłej. Z drugiej strony, wartość użytkowa rośnie w systemach międzyplonowych, a maleje w systemach narzutowych. Respondenci stwierdzili pewną preferencję dla systemów międzyplonowych.

Ograniczenia ekonomiczne: Jak wspomniano powyżej, ograniczenia ekonomiczne są również znaczące i najbardziej niepokojące dla interesariuszy, zwłaszcza te aspekty związane z początkową inwestycją, długimi okresami potrzebnymi do amortyzacji tej inwestycji i niepewnością finansową [ 89 ]. W końcu nie ma ram regulacyjnych chroniących te gospodarstwa, a są one bardzo podatne na zmiany rynkowe związane ze zmiennością cen upraw i energii elektrycznej, a także na skutki wahań klimatycznych [ 106 ]. Aby uczynić te systemy bardziej opłacalnymi (na dużą skalę) i zmniejszyć ryzyko inwestycyjne, potrzebna jest stała taryfa sprzedaży energii lub umowa zakupu energii [ 107 ].

Innym ważnym aspektem, który należy wziąć pod uwagę, jest wykonalność i potrzeba wsparcia finansowego poprzez dotacje. Reher i in. [ 87 ] obliczyli LCOE (uśredniony koszt energii elektrycznej) w trzech różnych AV i porównali je ze sterowaniem produkcją PV: sterowanie miało koszt 79 € MWh ^-1 , niższy niż trzy testowane systemy (pionowy dwustronny, śledzenie jednoosiowe i nadziemny/podniesiony), których koszty wyniosły odpowiednio 117,88 i 176 € MWh ^-1 . Pierwsze dwa systemy są dość konkurencyjne, ale system podniesiony nie mógłby działać bez dotacji. W podobnym badaniu porównano inne systemy AV z różnymi gęstościami paneli (pełna gęstość i połowa gęstości) i z dwoma typami ruchu w zależności od położenia słońca (śledzenie jednoosiowe i śledzenie dwuosiowe) i uzyskano podobne wyniki. Systemy AV są bardziej opłacalne ekonomicznie niż PV (generując od 5 do 40% więcej przychodów), ale aby były konkurencyjne pod względem ekonomicznym z systemami czysto rolniczymi, wymagają dodatkowych zachęt w wysokości od 0,02 do 0,06 USD za wytworzoną kWh. Niska rentowność systemów AV w porównaniu z systemami wyłącznie uprawowymi jest często spowodowana malejącymi plonami, co zaobserwowano również na polach gruszek: produkcja energii elektrycznej nie mogła zrekompensować 16% spadku plonów [ 93 ]. W uprawie jabłek prognozy ekonomiczne są podobne: aby produkcja jabłek AV była opłacalna, systemy te zależą od pomocy państwa i mechanizmów takich jak cena FIT (taryfa gwarantowana) [ 92 ].

Istnieje jeden aspekt ekonomiczny, który rzadko jest brany pod uwagę przy planowaniu przejścia na systemy autonomiczne: wpływ na wycenę gruntów. Zmiany w użytkowaniu gruntów związane z dostosowaniem ich do systemów fotowoltaicznych mogą wpływać na wycenę gruntów rolnych, zwiększając koszty i wprowadzając nowe zobowiązania podatkowe. Może to prowadzić do bardziej złożonego bilansu ekonomicznego w porównaniu z działalnością skupioną wyłącznie na jednej lub drugiej działalności [ 91 ].

Bariery społeczne: Ograniczenia występujące w tym zakresie wynikają z niskiej akceptacji takich systemów przez rolników, hodowców zwierząt gospodarskich i całe społeczeństwo, a także z braku edukacji i wiedzy na ten temat.

Po pierwsze, brak ram prawnych, wysokie koszty początkowe, brak formalnej definicji lub niewiele badań powodują niepewność wśród interesariuszy, zmniejszając zainteresowanie i chęć inwestowania w takie systemy [ 91 ]. Istnieją obawy dotyczące zrównoważonego rozwoju takich systemów, biorąc pod uwagę brak udanych przykładów na dużą skalę i problemy praktyczne, takie jak konieczność czyszczenia paneli słonecznych przy użyciu jakiegoś rodzaju detergentu lub że istnieje pasożytnicza konkurencja między produkcją roślinną a energią, gdzie jedna może być pokrzywdzona kosztem drugiej. Obejmuje to obawy dotyczące priorytetowego traktowania produkcji energii nad rolnictwem ze względu na różnice w wynagrodzeniach [ 95 ]. Niniejsze badanie pokazuje również obawy rolników, że takie systemy zwiększą nierówności i że tylko bogaci będą mogli z nich skorzystać. Wreszcie, na akceptację może mieć wpływ również możliwy wpływ wizualny na krajobraz.

Vidotto i in. [ 15 ] wskazują na brak wiedzy technologicznej i doświadczenia jako społeczną słabość systemów AV. Za zagrożenie uważają również brak edukacji w tym zakresie oraz niskie możliwości inwestycyjne społeczności wiejskich, gdzie systemy te mogą być bardzo korzystne. W innym badaniu złożoność i trudność w zrozumieniu tych systemów zidentyfikowano jako jeden z problemów: powoduje to niepewność co do ich użyteczności i wykonalności [ 95 ].

Inne ograniczenia: Jak wspomniano na początku tej sekcji, istnieją inne ograniczenia wdrażania systemów AV. Chatzipanagi i in. [ 91 ] wspominają, że oprócz wyzwań technicznych, ekonomicznych i społecznych istnieje również wyzwanie na poziomie regulacyjnym, ponieważ systemy AV nie są jeszcze dobrze włączone do krajowych planów strategicznych WPR (wspólnej polityki rolnej) i polityk krajowych. Ponadto nie ma jasnej definicji ani uniwersalnych norm na poziomie UE, co powoduje brak koordynacji i wykorzystywanie luk prawnych, w których konwencjonalne systemy fotowoltaiczne na gruntach rolnych są uważane za systemy AV, ponieważ tylko częściowo spełniają wymagania.

Integracja systemów autonomicznych (AV) ze scentralizowanymi sieciami elektroenergetycznymi stanowi również istotne wyzwanie. Obejmuje to podłączanie nowych instalacji do sieci oraz zapewnienie przepustowości sieci w zakresie obsługi dodatkowego obciążenia generowanego przez systemy AV, zwłaszcza na obszarach wiejskich o ograniczonej infrastrukturze elektroenergetycznej. Przepustowość sieci w zakresie obsługi dodatkowego obciążenia generowanego przez systemy AV może być ograniczona. Ponadto koszty związane z podłączeniem i ewentualną modernizacją istniejącej infrastruktury elektroenergetycznej stanowią dodatkowe bariery, dlatego kluczowe jest opracowanie jasnych ram regulacyjnych, które sprostają tym wyzwaniom, zapewniając skuteczną integrację systemów AV z istniejącymi sieciami elektroenergetycznymi bez narażania stabilności sieci ani opłacalności ekonomicznej gospodarstw rolnych.

Strategie łagodzenia wyzwań, ryzyka i ograniczeń: Ważne jest opracowanie strategii, które holistycznie uwzględniają wyzwania środowiskowe, ekonomiczne, społeczne i polityczne stojące przed pojazdami autonomicznymi. Chatzipanagi i in. [ 91 ] wyciągają szereg wniosków na temat strategii, które należy stosować w celu łagodzenia związanych z tym wyzwań. Po pierwsze, konieczne jest jasne zdefiniowanie tego, co uważa się za system pojazdów autonomicznych, oraz ustanowienie europejskiej normy, która będzie zgodna ze zharmonizowanymi politykami. W związku z tym granice między tradycyjną produkcją fotowoltaiczną a pojazdami autonomicznymi muszą być jasno określone. Kluczowe jest również, aby tego typu systemy były traktowane priorytetowo w stosunku do utrzymania działalności rolniczej, a nie produkcji energii, oraz aby gospodarstwa rolne lub działki, które obejmują te systemy, nie były wyłączone ze strategicznych planów WPR. Badania i planowanie muszą być dwoma filarami postępu w pojazdach autonomicznych; konieczne jest poszukiwanie upraw, które są wydajne w tych scenariuszach i planowanie systemów, aby były bardziej efektywne w przechwytywaniu energii, utrzymywaniu akceptowalnej temperatury dla upraw i zwierząt gospodarskich, poprawie zachowania wilgotności itp. Opracowanie normy jakości, w tym zewnętrznych systemów monitorowania, może przyczynić się do oceny efektywności takich systemów. Wyniki Adelhardt et al. [ 89 ] pokazują, że w Afryce Subsaharyjskiej konieczne będą środki finansowe na początkowe instalacje, podczas gdy w dłuższej perspektywie niezbędne jest zrównoważone i opłacalne generowanie dochodu. Interesujące byłoby uproszczenie procesów inwestycyjnych dla takich systemów lub opracowanie modeli biznesowych, które obejmowałyby właścicieli gruntów, rolników i deweloperów instalacji fotowoltaicznych. Wskazano również na znaczenie kontekstu, zarówno społecznego, jak i środowiskowego: ważne jest, aby znać lokalną kulturę, aby wdrożone systemy nie stwarzały problemów, a także dostosować zarządzanie do lokalnych upraw. Konieczne jest włączenie użytkowników końcowych w planowanie i rozwój tych systemów, a także wdrożenie programów edukacyjnych i szkoleniowych w celu zmniejszenia ryzyka awarii. Choć badanie to przeprowadzono w odniesieniu do konkretnego obszaru, strategie te mają wiele możliwości zastosowania (adaptacji) w innych kontekstach, gdyż podobne środki są również wspomniane w pracy Chatzipanagi et al. [ 91 ].

3.5. Polityki, ramy regulacyjne i programy motywacyjne

Na poziomie globalnym systemy AV wzbudziły duże zainteresowanie polityczne, ponieważ są zgodne z kilkoma Celami Zrównoważonego Rozwoju (SDGs) Organizacji Narodów Zjednoczonych [ 89 ]:

• Cel 2. Zero głodu, zwiększenie produkcji żywności w obliczu wyzwań związanych ze zmianą klimatu i niedoborem wody;
• Cel Zrównoważonego Rozwoju 3. Zdrowie i dobre samopoczucie, zwiększenie produkcji żywności przy jednoczesnym zachowaniu jakości odżywczej (z uwzględnieniem metabolitów wtórnych);
• Cel 7. Przystępna cenowo i czysta energia, rozwój odnawialnych źródeł energii przy niewielkiej lub żadnej redukcji użytkowania gruntów ornych;
• SDG9. Przemysł, innowacje i infrastruktura, napędzające kreatywne rozwiązania łączące wytwarzanie energii z rolnictwem, wykorzystujące technologie, które wzbogacają usługi świadczone przez agroekosystemy;
• Cel Zrównoważonego Rozwoju 12. Odpowiedzialna produkcja i konsumpcja, przy jednoczesnym zwiększeniu produkcji energii i rolnictwa, przy jednoczesnej minimalizacji degradacji gleby i zużycia wody;
• I SDG13. Działania na rzecz klimatu, ograniczenie emisji CO2 wynikającej z działalności człowieka, w tym związanej z rolnictwem [ 54 ].

Są one najbardziej dotknięte, ale mogą mieć wpływ na więcej SDGs (w 14 z 17), jak stwierdzili Cuppari i in. [ 19 ] w swoim badaniu, w którym przeprowadzili analizę SWOT systemów dualnych (AV) w porównaniu z systemami jednorazowego użytku (instalacje rolnicze lub fotowoltaiczne), biorąc pod uwagę różne SDGs. W tej pracy uważają, że systemy AV mogą również przyczynić się do następujących SDGs: SDG1 (zero ubóstwa) – poprzez zwiększanie zysków rolników, uzupełniając dochody z rolnictwa tymi generowanymi przez panele słoneczne; SDG4 (jakość edukacji) – systemy AV dają możliwość dostarczania energii elektrycznej do placówek edukacyjnych oddalonych od sieci elektrycznej lub dysponujących niewielkimi zasobami; SDG6 (czysta woda i sanitacja) – poprzez zmniejszanie wskaźników ewapotranspiracji i wykorzystywanie wody używanej do czyszczenia paneli do nawadniania; SDG8 (godna praca i wzrost gospodarczy) – wytwarzanie energii elektrycznej na obszarach wiejskich może być wykorzystywane do zasilania ośrodków szkoleniowych i mikroprzedsiębiorstw; SDG10 (zmniejszenie nierówności) – dywersyfikacja i zwiększenie korzyści dla małych rolników; oraz SDG15 (życie na lądzie), ponieważ poprzez integrację dwóch systemów w jeden, zmniejsza się powierzchnia zajmowana przez pojedynczą produkcję energii słonecznej, a wpływ działalności człowieka (rolniczej) może zostać ograniczony. Autorzy wskazują również na zagrożenie dla SDG5 (równość płci) – istnieje możliwość, że dodanie źródeł energii elektrycznej do oświetlenia mogłoby wydłużyć czas pracy kobiet.

Pomimo tego zainteresowania jest to nowy rodzaj zarządzania, dla którego wciąż brakuje ram prawnych. Niektóre kraje zaczęły jednak wprowadzać przepisy prawne w tej kwestii. Wsparcie rządowe jest motywowane kilkoma czynnikami, takimi jak poprawa produktywności ziemi, wzrost dochodów gospodarstw rolnych czy wspieranie krajowych programów rozwoju [ 19 ].

W Japonii przepisy obowiązują od 2013 r., kiedy opublikowano oficjalne rozporządzenie określające warunki przekształcania systemów rolniczych na systemy autonomiczne [ 108 ]. Obejmowały one na przykład wykazanie, że przekształcenie nie wpłynie negatywnie na produkcję rolną (nie więcej niż 20% redukcji produkcji), minimalną wysokość paneli, aby nie utrudniać pracy maszyn, lub konieczność uwzględnienia łatwo demontowalnych konstrukcji. Z drugiej strony, producenci energii za pośrednictwem systemów fotowoltaicznych mogą sprzedawać energię elektryczną wytworzoną w ramach taryf gwarantowanych, o ile spełniają szereg kryteriów. W 2021 r. zaktualizowano powiązane przepisy, aby ułatwić tworzenie takich systemów [ 109 ]. Ułatwił to brak dostępnych gruntów w kraju. Nowe wytyczne uznają systemy autonomiczne za te, które są planowane jako takie od samego początku, więc nie wystarczy uwzględnić upraw lub zwierząt gospodarskich w instalacjach czysto fotowoltaicznych — produkcja rolna i zwierzęca musi być traktowana priorytetowo. Dzieje się tak, ponieważ systemy autonomiczne są prawnie uznawane za systemy rolnicze i wiążą się z szeregiem powiązanych korzyści podatkowych. W przeciwieństwie do Japonii istnieją inne kraje azjatyckie, takie jak Korea Południowa, gdzie ustawa o gruntach rolnych zabrania takich inicjatyw, mimo że muszą importować energię z innych krajów, a 95% ich produkcji energii jest związane z paliwami kopalnymi. Jednakże w ciągu ostatnich kilku lat zaproponowano reformy tego prawa i — zgodnie z ostateczną propozycją, która ma zostać wkrótce zatwierdzona — każdy rolnik może wyprodukować do 100 kW. Ponadto rząd nada priorytet zakupowi energii elektrycznej wytwarzanej w ten sposób, a przewidziane jest wsparcie finansowe na ich instalację [ 110 ].

W innych krajach, takich jak Francja, nie ma oficjalnych przepisów w tym zakresie. W 2021 r. Francuska Agencja ds. Zarządzania Środowiskiem i Energią (ADEME) określiła zestaw wytycznych dotyczących tego typu zarządzania za pośrednictwem swojej strony internetowej [ 111 ], obejmujący ogólne informacje na temat koncepcji, charakterystyki systemów, produkcji i stanu techniki w ogóle. Jednakże opracowywane jest prawo w tym zakresie [ 15 ]. To nowe prawo będzie obejmować aspekty związane z długoterminową konserwacją i, podobnie jak w przypadku Japonii, podkreśli, że główną działalnością takich systemów musi być rolnictwo i że instalacje fotowoltaiczne muszą przynosić korzyści w zakresie uprawy roślin lub dobrostanu zwierząt. Rząd niemiecki faworyzuje systemy AV, oferując zachęty obejmujące premię technologiczną za każdą kWh wygenerowaną przez te systemy, a także gwarantowany dostęp do sieci i taryfy FIT na mocy ustawy o odnawialnych źródłach energii, oprócz dalszego korzystania z 85% standardowych dotacji oferowanych przez WPR UE. Jednakże w tym kraju nie ma jeszcze ram prawnych [ 112 ], ale opublikowano dokument (podobnie jak w innych krajach) w celu ujednolicenia pomiarów w systemach AV [ 29 ]. Podobnie we Włoszech opublikowano wytyczne dotyczące klasyfikacji systemów AV, rozróżniania różnych typologii i kategoryzowania tych, które kwalifikują się do zachęt państwowych [ 15 ]. Chorwacja przyjęła szczegółowe przepisy, a jej nowe prawa dają rolnikom możliwość instalowania infrastruktury fotowoltaicznej na gruntach rolnych, umożliwiając jednoczesną produkcję energii i działalność rolniczą [ 113 ]. Otwiera to również drzwi do wsparcia finansowego i innych zachęt do wdrażania systemów produkcji energii słonecznej w różnych lokalizacjach, w tym na aktywnych gruntach ornych, gruntach nieużytkowanych i obszarach stale uprawianych, takich jak winnice i gaje oliwne.

W Stanach Zjednoczonych Departament Energii (DOE) przeznaczył 15 milionów dolarów na badania w celu oceny wykonalności pojazdów autonomicznych dla rolników, branży fotowoltaicznej i społeczności [ 114 ]. Co więcej, wiele stanów promuje takie projekty poprzez programy badawcze i zachęty. Na przykład stan Massachusetts, za pośrednictwem swojego programu Solar Massachusetts Renewable Target (SMART), wprowadził dodatek FIT w wysokości 0,06 dolara za każdą dodatkową kWh dla producentów energii słonecznej, którzy dostarczają energię do sieci za pośrednictwem systemów pojazdów autonomicznych.

Krótko mówiąc, szczegółowe przepisy dotyczące systemów autonomicznych wciąż są opracowywane, pomimo dynamicznego rozwoju tych systemów. Jednak kraje takie jak Japonia, Stany Zjednoczone i Francja uruchomiły już krajowe programy finansowania, aby zachęcić do wdrażania tych innowacyjnych systemów. Konieczność zapewnienia, że ​​produkcja rolna nie spadnie, a szkody w uprawach nie wystąpią, podkreślają wymogi prawne. W krajach takich jak Włochy i Niemcy obowiązujące wytyczne podkreślają znaczenie utrzymania podstawowej działalności rolniczej podczas wdrażania technologii autonomicznych, wraz z wymogami dotyczącymi planowania produkcji i utrzymania upraw.

3.6. Systemy AV na całym świecie

Takie technologie zostały wdrożone z różnym powodzeniem w różnych częściach świata; pierwszy program wsparcia dla takich technologii został uruchomiony w Japonii w 2012 roku, a wkrótce potem wdrożono go w innych krajach, takich jak Chiny, Niemcy i Korea Południowa. W tej sekcji przedstawiono stan takiego zarządzania, a także wyciągnięte wnioski, w różnych regionach świata. W przeglądzie przeprowadzonym w 2024 roku (obejmującym prace do końca 2022 roku) autorzy ustalili, że wszystkie badania AV były prowadzone na półkuli północnej [ 12 ]. Wydaje się, że oprócz optymalnych warunków pogodowych, koszt obiektów jest często czynnikiem ograniczającym. Jednakże, jak pokazano w niektórych projektach badawczych poniżej, studia przypadków zaczynają pojawiać się w Ameryce Południowej i Australii.

Azja: W Japonii do 2021 r. zainstalowano około 2000 takich systemów [ 109 ], a produkcję energii elektrycznej z takich systemów szacuje się na 500 000–600 000 MWh. Jest to produkcja energii związana z ponad 120 rodzajami upraw. Skala gospodarstw rolnych w Japonii jest niewielka; zazwyczaj są to gospodarstwa o powierzchni mniejszej niż 0,1 ha, zajmujące łączną powierzchnię 560 ha. W Korei Południowej, w oczekiwaniu na zatwierdzenie nowelizacji koreańskiego prawa o gruntach rolnych, która zabrania jakiegokolwiek użytkowania gruntów rolnych w celach innych niż rolnicze, prowadzonych jest szereg eksperymentów pilotażowych (44), których wdrażanie rozpoczęło się w 2016 r. [ 110 ]. Celem takich systemów jest zapewnienie rolnikom nowego źródła dochodu. Chiny są krajem o największej produkcji energii związanej z tego typu systemami: w 2021 r. wytworzyły 1900 MW, z czego 700 MW pochodzi z upraw jagód goji na pustyni Gobi [ 56 ]. W nadchodzących latach szacuje się, że produkcja energii osiągnie 10 GW, głównie dzięki wykorzystaniu paneli słonecznych bezpośrednio zintegrowanych ze szklarniami [ 115 ].

Europa: We Francji zaobserwowano wzrost liczby firm oferujących usługi związane z systemami autonomicznymi (AV), ponieważ są one wspierane przez rząd francuski, który zachęca do konkurencyjnych kontraktów związanych z systemami autonomicznymi (AV). W 2021 r. rząd przeznaczył 40 MW mocy wytwórczej na tego typu projekty w aukcji energetycznej. Liczba ta podwoiła się w 2023 r.: z 180 MW projektów wybranych do nowego przetargu, 80 MW obejmowało systemy autonomiczne (AV) [ 116 ]. Obecnie w kraju zainstalowano około 200 projektów, ale wiele innych jest w fazie planowania. Niektóre przykłady takich systemów są instalowane na uprawach drzew owocowych: na przykład jabłonie uprawiano w różnych stopniach zacienienia na południu Francji i zaobserwowano spadek zapotrzebowania na nawadnianie, a także ochronę przed uszkodzeniami spowodowanymi mrozem [ 117 ]. W 2022 r. produkcja systemów autonomicznych w Niemczech wyniosła 14 GWp z 80 GWp wytwarzanych przez farmy fotowoltaiczne. Rząd niemiecki ma na celu zwiększenie produkcji energii słonecznej do 215 GWp do 2030 r. i dlatego zachęca do takich inicjatyw [ 56 ]. We Włoszech przeprowadzono również pewne eksperymenty z tego typu technologią i stwierdzono, że systemy AV nadają się do upraw oliwek [ 118 ] i winogron [ 26 ]. Do takiego wniosku doszli także inni badacze z obszarów śródziemnomorskich, na przykład w Hiszpanii — Fernández-Solas i in. [ 119 ] oceniają wykonalność systemów AV na drzewach oliwnych na południu półwyspu, biorąc pod uwagę różne odmiany oliwek („Picual”, „Manzanilla” i „Chemlali”) i badając różne konfiguracje dwustronnych systemów fotowoltaicznych. W Belgii, biorąc pod uwagę ograniczony teren i rozdrobnione pola, takie systemy mają duży potencjał zarówno w przypadku upraw buraków cukrowych, jak i pszenicy [ 87 ]. W obu próbach zaobserwowano niewielkie wzrosty LER, nie zaobserwowano strat w jakości upraw, ale zaobserwowano znaczny spadek plonów. Wniosek jest taki, że istnieje potrzeba poprawy efektywności tych systemów.

Ameryka: W USA istnieją już projekty tego typu zarówno na poletkach doświadczalnych, jak i na poziomie komercyjnym, a w tym kraju priorytetowo traktowana jest produkcja energii fotowoltaicznej w gospodarstwach hodowlanych (z wypasem owiec) w celu ułatwienia zapylania [ 114 ]. Projekt „Innowacyjne praktyki solarne zintegrowane z gospodarką wiejską i ekosystemami” (InSPIRE) jest realizowany w Wielkiej Brytanii od 2015 r. i wspiera badania nad AV, analizując ponad 25 projektów pilotażowych w całym kraju [ 14 ]. W 2022 r. opublikowano wyniki tego badania, skupiając się na kilku ważnych aspektach wdrażania AV — takich jak konfiguracja modułów słonecznych i wybór technologii PV — w celu ustanowienia wytycznych dla efektywnego rozwoju tej technologii. W 2017 r. Chile zainaugurowało pierwszy projekt AV w Ameryce Łacińskiej: trzy systemy o łącznej mocy 13 kWp, mające na celu zapewnienie cienia w celu ochrony roślin przed słońcem i odwodnieniem. Ten projekt, wspierany przez samorząd lokalny i Instytut Fraunhofera w Chile, wykazał pozytywne wyniki zarówno w zakresie wydajności rolnictwa, jak i wytwarzania energii [ 56 ]. Wiele innowacyjnych systemów AV zostało również zainstalowanych w Brazylii [ 15 ]. Na przykład projekt Ecolume zaprojektował system dla jednostek rodzinnych w regionie półpustynnym, który łączy wytwarzanie energii z produkcją warzyw, ryb w zbiornikach i kurczaków [ 120 ]. Produkuje 17 rodzajów warzyw przy użyciu systemu akwaponicznego, dwa białka zwierzęce do spożycia w szkole i sadzonki umbu do ponownego zalesiania Caatinga. Są to systemy o powierzchni 24 m ² , które mogą wyprodukować około 4800 kWh rocznie ^, 130 kg ryb, 730 jaj z wolnego wybiegu, 336 kg warzyw i 200 jednostek rodzimych sadzonek. Produkcja ta mogłaby generować roczny dochód w wysokości około 2000 USD, co pokazuje zrównoważony i dochodowy model rolnictwa rodzinnego w regionie. Inne projekty w tym kraju obejmują wykorzystanie technologii AV do wytwarzania energii i utrzymywania systemów nawadniających [ 121 ]; w pilotażu CCampo ( https://www.dgrv.coop/es/publicaciones-2/ccampo-un-proyecto-piloto-de-agrivoltaica-en-brasil/ , dostęp z dnia 12 sierpnia 2024 r.) systemy AV są wykorzystywane do produkcji papryki, jarmużu, kolendry i szczypiorku, a wytworzona w ten sposób energia służy obniżeniu kosztów przetwarzania niektórych produktów.

Afryka: W literaturze niewiele jest doniesień o instalacjach AV na kontynencie afrykańskim. Istnieją jednak publikacje badaczy pracujących nad modelami teoretycznymi mającymi na celu ocenę opłacalności ekonomicznej i efektywności użytkowania gruntów takich systemów. Bhandari i in. [ 122 ] rozważali wdrożenie systemu AV o powierzchni 0,15 ha w wiosce w Nigrze (Afryka Zachodnia), która stanowi obszar odniesienia, ponieważ jej cechy odzwierciedlają lokalne praktyki rolnicze. Autorzy porównali cztery scenariusze — tradycyjny system nawadniania deszczówką, nawadnianie pompami dieslowymi, nawadnianie pompami solarnymi i system AV — i opracowali model wykonalności ekonomicznej, zbierając dane bibliograficzne i za pomocą ankiet, aby zrozumieć zarządzanie, uprawy, wydatki, rynki itp. Badanie wykazało, że system AV miałby LER między 1,33 a 1,13 (ten ostatni uwzględniając 20% stratę upraw z powodu zacienienia) i mógłby być używany do dostarczania energii elektrycznej do 400 domów w badanej wiosce (przy założeniu zapotrzebowania 323 kWh rocznie ⁾ . Randle-Boggis i in. [ 123] wskazują również na możliwości wdrażania systemów AV w Afryce Wschodniej. Proponują multidyscyplinarne badania i rozwój projektów pilotażowych w Kenii, Ugandzie i Tanzanii w celu wygenerowania dowodów empirycznych i wsparcia rozwoju technologii AV. Na przykład w Kenii, w okręgu Kajiado, pilotaż ma zostać zainstalowany w Latia Resource Centre, ośrodku agrobiznesu poświęconym szkoleniu rolników. Znajduje się on na obszarze półpustynnym, będzie miał moc 56 kWp i będzie wyposażony w system zbierania wody deszczowej w celu optymalizacji zużycia wody i poprawy produkcji rolnej w warunkach niedoboru wody. Z drugiej strony, system, który ma zostać wdrożony w Sustainable Agriculture Tanzania, non-profitowym ośrodku szkolenia rolniczego (w rejonie Morogoro), zostanie zaprojektowany dla obszarów półpustynnych i będzie miał moc 35 kWp. Oprócz systemu zbierania wody deszczowej, podobnie jak w poprzednim przypadku, uwzględnione zostaną akumulatory magazynujące. Warto również wspomnieć o kilku projektach w tym regionie, w których rozpoczęto już współpracę z systemami AV: Watermed4.0 („Efektywne wykorzystanie i zarządzanie konwencjonalnymi i niekonwencjonalnymi zasobami wodnymi poprzez inteligentne technologie stosowane w celu poprawy jakości i bezpieczeństwa rolnictwa śródziemnomorskiego na obszarach półpustynnych”) oraz APV-MaGa („Agrofotowoltaika dla Mali i Gambii: Zrównoważona produkcja energii elektrycznej poprzez zintegrowane systemy żywnościowe, energetyczne i wodne”). W ramach projektu Watermed4.0 testowany jest system AV w Algierii, w sadach ziemniaczanych, truskawkowych i jabłoniowych, w celu zmniejszenia zapotrzebowania na wodę (z powodu zacienienia), pokrycia zapotrzebowania na energię elektryczną na obszarach odizolowanych oraz wdrożenia zautomatyzowanych systemów nawadniania. Projekt AV-MaGa koncentruje się na poprawie zaopatrzenia w żywność, wodę i energię elektryczną w Mali i Gambii za pomocą systemów AV. Pięć systemów pilotażowych zostanie wdrożonych w tych regionach, gdzie zapotrzebowanie na energię słoneczną rośnie, a ograniczona dostępność gruntów ornych stwarza konflikty w użytkowaniu gruntów i wyzwania w zakresie gospodarki wodnej. Celem jest ocena zdolności tych systemów do utrzymania produkcji roślinnej i ocena ich opłacalności ekonomicznej, a także opracowanie modeli ekonomicznych, które poprawią lokalne warunki życia.

Australia: Systemy AV nie zostały w tym kontynencie zbyt mocno rozwinięte, ale istnieją pewne studia przypadków, takie jak to zbudowane w 2021 roku w Perth [ 124 ]. Jest to zamknięty system, szklarnia o powierzchni 300 m2 ^wyposażona w 153 wysoce przejrzyste okna słoneczne w różnych konfiguracjach (różne nachylenie i orientacja) do badania plonów energii i wzrostu roślin. W porównaniu do kontrolnego systemu fotowoltaicznego, okna słoneczne oferują nieco niższe plony. Jednak wpływ tego oszklenia na uprawy w szklarni nie został określony w wymienionym badaniu. Z drugiej strony, systemy wypasu połączone z produkcją fotowoltaiczną są powszechne w Australii od 2015 roku, a do 2020 roku w Australii istniało co najmniej 13 dużych farm słonecznych wypasających owce. Thornton [ 124 ], wykorzystując model APSIM (Agricultural Production Systems symulator), zbadał produkcję biomasy pastwiskowej w systemach AV i stwierdził, że w systemach subtropikalnych produkcja biomasy może być wyższa w porównaniu z warunkami pełnego słońca: od 8 do 15%, w zależności od rodzaju instalacji.

4.1. Synteza ustaleń

W niniejszym przeglądzie przeanalizowano postępy we wdrażaniu systemów AV – praktyki, w której uprawy i hodowla zwierząt gospodarskich dzielą przestrzeń z produkcją energii fotowoltaicznej za pomocą paneli słonecznych. Badania na ten temat wzrosły wykładniczo w ciągu ostatnich pięciu lat, a wiele z nich ujawniło skuteczność systemów AV, które oferują korzyści zarówno dla upraw, jak i produkcji energii, co w większości przypadków zostało potwierdzone uzyskaniem współczynnika LER większego niż 1. Najlepsze plony uzyskuje się zazwyczaj poprzez selekcję gatunków zwierząt i roślin, które są najlepiej przystosowane do warunków zacienienia, temperatury i wilgotności, jakie występują podczas instalacji fotowoltaicznych. Co więcej, systemy te stają się coraz bardziej wydajne dzięki innowacjom w instalacjach, zarówno w zakresie projektowania, jak i adaptacji do każdego kontekstu, z różnymi zespołami w zależności od potrzeb upraw, a także dzięki innowacyjnym panelom słonecznym. Panele te wykorzystują panele bifacjalne lub systemy wykorzystujące sztuczną inteligencję do śledzenia słońca i maksymalizacji wykorzystania światła bezpośredniego i albedo lub panele przezroczyste/półprzezroczyste wykonane z tańszych komponentów organicznych, które w mniejszym stopniu zakłócają wychwytywanie światła przez uprawy. W większości przypadków systemy AV nie zmieniają zasadniczo podstawowej technologii produkcji rolnej. Niektóre wymagają drobnych adaptacji, takich jak dostosowanie systemów nawadniających lub dobór upraw do zacienienia zapewnianego przez panele słoneczne. Te modyfikacje są niezbędne do optymalizacji współistnienia energii i produkcji roślinnej, ale nie stanowią radykalnego odejścia od tradycyjnych praktyk rolniczych.

Z drugiej strony, rządy i podmioty publiczne również wykazują zainteresowanie tego typu technologią i zaczynają wprowadzać ten system do ustawodawstwa kilku krajów. Ponadto systemy autonomiczne są promowane poprzez zachęty finansowe, a także obserwuje się rosnące zainteresowanie modelami ekonomicznymi, które dążą do integracji produkcji energii z rolnictwem bez narażania na szwank rentowności obu sektorów. W wielu krajach, na przykład, nacisk kładzie się na projektowanie tych systemów z odpowiednim planowaniem, dostosowanym do lokalnych warunków, i unikanie przekształcania instalacji fotowoltaicznych w systemy autonomiczne. Ta potencjalna konkurencja o przestrzeń i światło jest stałym problemem, na który zwracano uwagę w wielu przeanalizowanych badaniach. Ponadto celem jest utrzymanie redukcji produkcji rolnej poniżej 10–20%, aby uniknąć zagrożenia bezpieczeństwa żywnościowego i osiągnąć równowagę, która zapewni, że technologia nie narusza zasad tradycyjnego rolnictwa, a wręcz przeciwnie, wzbogaca je o podwójne możliwości produkcyjne. Ta potencjalna konkurencja o przestrzeń i światło jest stałym problemem, na który zwracano uwagę w wielu przeanalizowanych badaniach.

Biorąc to pod uwagę, jakie są implikacje wdrożenia systemów autonomicznych (AV)? Takie systemy mogą zapewnić rolnikom nowe źródło dochodu, pomóc w osiągnięciu zrównoważonej produkcji i dostarczyć energię do obszarów poza siecią. Tworzenie systemów autonomicznych zamiast systemów rolniczych może również poprawić odporność klimatyczną wielu ekosystemów zagrożonych w scenariuszu zmian klimatu. Nadal istnieje jednak wiele możliwości poprawy, nie tylko z technologicznego punktu widzenia, w zakresie tworzenia bardziej wydajnych systemów fotowoltaicznych, ale także w zakresie dalszych eksperymentów. Wiele istniejących modeli teoretycznych wymaga rozszerzenia i wdrożenia w praktycznych studiach przypadku, w których można przeanalizować interakcje między uprawami a zwierzętami gospodarskimi, zmiennymi środowiskowymi oraz efektywnością produkcji dwutorowej. Ponadto istnieje potrzeba zwiększenia akceptacji takich systemów, które mogą spotkać się z podobnym sprzeciwem jak konwencjonalne systemy fotowoltaiczne.

4.2. Luki w wiedzy i obszary do eksploracji w przyszłości

Biorąc pod uwagę ograniczoną liczbę uznanych badań nad systemami autonomicznymi, istnieje wiele obszarów wymagających udoskonalenia i rozważenia, aby pogłębić naszą wiedzę na temat tych systemów. Należą do nich: opracowanie studiów przypadku z szerszą gamą upraw i zróżnicowaniem geograficznym, szersze uwzględnienie aspektów hodowli zwierząt, postęp technologiczny i modelowanie, integracja praktyk ochrony środowiska oraz szersze uwzględnienie systemów autonomicznych w opracowywaniu polityk, zachęt i modeli biznesowych.

Możemy rozważyć wdrożenie systemów AV, które integrują praktyki ochrony środowiska z dala od konwencjonalnych modeli lub wykorzystują zdegradowane lub niewykorzystane grunty. W przypadkach, gdy grunty nie nadają się do produkcji żywności, mogłyby być wykorzystywane do wytwarzania innych rodzajów materiałów. Korzystne byłoby również przeprowadzenie badań holistycznie uwzględniających zdrowie gleby, uwzględniających inne usługi ekosystemowe oprócz produkcji, takie jak magazynowanie węgla, ochrona bioróżnorodności, magazynowanie wody i filtracja [ 125 ]. Kluczowe jest na przykład zbadanie wpływu AV na zachowanie zapylaczy [ 33 ].

Niezbędne jest zróżnicowanie rodzajów upraw stosowanych w systemach AV. Do tej pory badania AV obejmowały głównie jagody i prawie całkowicie pomijały uprawy wieloletnie, chociaż te ostatnie mogą być bardziej obiecujące ze względu na ich mniejszą wrażliwość na cień w porównaniu z warzywami i zbożami [ 12 , 13 ]. Długoterminowe badania byłyby korzystne dla oceny wydajności różnych odmian upraw i określenia, które z nich są bardziej adaptowalne. Ponadto owocne byłoby skupienie badań na włączaniu zwierząt gospodarskich do systemów AV, badając interakcje między zwierzętami, paszą i panelami słonecznymi [ 126 ]. Wiedza na temat wpływu zacienienia na stres cieplny i jego możliwego wkładu w poprawę produkcji zwierzęcej jest nadal skąpa.

Jeśli chodzi o innowacje technologiczne, interesujące byłoby włączenie zdjęć lotniczych, zaawansowanych technik teledetekcji i narzędzi analizy geoprzestrzennej w celu ułatwienia modelowania i identyfikacji zmian w krajobrazie [ 105 ]. Integracja precyzyjnych narzędzi rolniczych, takich jak zaawansowane czujniki, drony i technologie Internetu rzeczy, może znacznie poprawić monitorowanie systemów AV. Technologie te umożliwiają śledzenie warunków glebowych i mikroklimatu w czasie rzeczywistym, ułatwiając podejmowanie świadomych decyzji w celu optymalizacji zarówno produkcji rolnej, jak i wytwarzania energii. Wykorzystanie zdjęć lotniczych i analizy geoprzestrzennej może identyfikować wzorce i zmiany w krajobrazie, przyczyniając się do bardziej wydajnego i zrównoważonego zarządzania systemami AV [ 127 ]. Kumpanalaisatit i in. [ 128 ] sugerują włożenie wysiłku w opracowanie zaawansowanych modeli matematycznych, które umożliwiają optymalizację systemów AV i pomagają wybierać uprawy w określonych warunkach klimatycznych i przy określonych poziomach zacienienia. Narzędzia wspomagające podejmowanie decyzji są również interesujące w celu optymalizacji rozmieszczenia, orientacji paneli lub ogólnego projektu systemu [ 125 ]. Interesujące byłoby również zaprojektowanie paneli słonecznych dostosowanych do specyficznych potrzeb niektórych gatunków upraw, umożliwiających przepływ częstotliwości światła korzystnych dla wzrostu roślin i wychwytujących te częstotliwości, których rośliny nie wykorzystują [ 12 ]. W tym kontekście Krexner i in. [ 5 ] wskazują, że należy promować produkcję paneli słonecznych przy użyciu wyłącznie energii odnawialnej i bardziej wydajnych materiałów, aby zmniejszyć wpływ na środowisko.

Wzajemne zależności występujące w takich systemach stanowią również obszar badań, który należy rozważyć. Należy zbadać takie aspekty, jak wahania temperatury i wilgotności pod panelami oraz związane z tym oszczędności. Należy również rozważyć wpływ upraw lub zwierząt gospodarskich na warunki panujące pod panelami, zwłaszcza na materiały i ich trwałość [ 129 ], a także wpływ chłodzenia spowodowanego rolnictwem na produkcję energii [ 130 ].

W kontekście rozwoju systemów gospodarki o obiegu zamkniętym interesujące byłoby również przeprowadzenie badań wpływu na środowisko obejmujących cały cykl życia systemów pojazdów autonomicznych oraz możliwości recyklingu zarówno paneli, jak i konstrukcji [ 5 ]. Standaryzacja analizy cyklu życia (LCA) dla pojazdów autonomicznych byłaby bardzo przydatna.

Skuteczne wdrożenie systemów autonomicznych wymaga szeregu kluczowych działań strategicznych, aby zapewnić ich długoterminowy sukces i zrównoważony rozwój. Po pierwsze, kluczowe jest opracowanie i ustanowienie solidnych i szczegółowych ram prawnych regulujących eksploatację i wdrażanie systemów autonomicznych. Ramy te muszą uwzględniać zarówno potrzeby energetyczne, jak i rolnicze, zapewniając harmonijną integrację obu działań, przynoszącą korzyści wszystkim zaangażowanym stronom. Po drugie, niezbędne jest zapewnienie odpowiedniego finansowania dla projektów badawczo-rozwojowych, które badają potencjał systemów autonomicznych w różnych warunkach środowiskowych i geograficznych. Inwestycje w badania i rozwój pozwolą na dostosowanie i optymalizację systemów autonomicznych do różnorodnych ekosystemów i praktyk rolniczych, zwiększając ich wydajność i opłacalność ekonomiczną. Ponadto, utworzenie specjalnych linii kredytowych i innych zachęt finansowych jest niezbędne, aby zachęcić rolników i podmioty działające w sektorze energetycznym do wdrażania systemów autonomicznych. Te zachęty finansowe mogą ułatwić poniesienie początkowych nakładów inwestycyjnych niezbędnych do instalacji systemów autonomicznych, udostępniając tę ​​innowacyjną technologię większej liczbie rolników, zwłaszcza małym i średnim producentom. Wreszcie, promocja i rozwój programów szkoleniowych oraz budowania potencjału w zakresie technologii autonomicznych mają kluczowe znaczenie dla przygotowania nowego pokolenia rolników, techników i specjalistów. Programy te powinny koncentrować się nie tylko na aspektach technicznych systemów AV, ale także na ich wpływie na środowisko, społeczeństwo i gospodarkę, zapewniając niezbędne umiejętności i wiedzę, aby zmaksymalizować korzyści płynące z tej zintegrowanej technologii [ 15 ].