Ile miejsca naprawdę potrzebują panele słoneczne? Naukowcy zaskakują danymi

Fotowoltaika rośnie w tempie, jakiego energetyka jeszcze nie widziała, a pytanie o zajętą ziemię przestaje być teoretyczne.

Gdy na horyzoncie pojawiają się kolejne farmy słoneczne, mieszkańcy coraz częściej pytają: ile hektarów pochłonie zielona energia i czy znikną pod nią pola uprawne oraz tereny cenne przyrodniczo. Najnowsze badania z Kanady przynoszą w tej sprawie liczby zamiast domysłów.

Energia słoneczna będzie numerem jeden szybciej, niż się wydaje

Naukowcy z Uniwersytetu McGill szacują, że fotowoltaika może stać się głównym źródłem energii odnawialnej na świecie już pod koniec tej dekady. Problem w tym, że do niedawna brakowało twardych danych, jak przekłada się to na wykorzystanie ziemi – zarówno w skali państw, jak i całego globu.

Zespół kierowany przez Sarah Marie Jordaan postanowił wypełnić tę lukę. Badacze połączyli analizę zdjęć lotniczych i satelitarnych z narzędziami AI, aby policzyć rzeczywistą powierzchnię zajmowaną przez instalacje słoneczne i sprawdzić, gdzie panele można stawiać najmniejszym kosztem dla terenu.

Nowe analizy wskazują, że globalnie ziemia potrzebna do osiągnięcia neutralności klimatycznej z pomocą fotowoltaiki stanowi jedynie ułamek zasobów gruntów, którymi dysponuje ludzkość.

Jak badano powierzchnię zajmowaną przez fotowoltaikę

Szczegółowy „rentgen” farm słonecznych w zachodnich Stanach

W pierwszym etapie badań naukowcy skupili się na dużych farmach słonecznych w zachodniej części USA. Wykorzystali wysokiej rozdzielczości zdjęcia z powietrza i algorytmy rozpoznawania obrazu, aby dokładnie zmierzyć, jaką powierzchnię zajmuje aż 719 projektów fotowoltaicznych.

• analizowano wielkość całych inwestycji, a nie tylko obszar, na którym stoją same moduły,
• pod uwagę brano także drogi dojazdowe, odstępy między rzędami oraz infrastrukturę towarzyszącą,
• na końcu przeliczano zajęty teren na jednostkę wyprodukowanej energii elektrycznej.

Taka metodyka pozwoliła stworzyć jednolity, powtarzalny sposób szacowania „śladu gruntowego” energii słonecznej. Dzięki temu można porównywać ze sobą różne projekty i regiony na świecie, zamiast opierać się na szacunkach inwestorów czy deklaracjach w dokumentacji.

Drugi krok: spojrzenie globalne na 69 tysięcy instalacji

W kolejnej pracy zespół rozszerzył analizę na cały glob. Na bazie zdjęć satelitarnych zidentyfikowano blisko 69 tysięcy instalacji słonecznych w 65 krajach – od małych systemów dachowych po wielkie farmy na polach i pustyniach.

Badacze porównali:

• systemy montowane na dachach budynków,
• duże elektrownie słoneczne stawiane bezpośrednio na ziemi,
• koszty inwestycji i eksploatacji w różnych regionach,
• stosunek zajętej powierzchni do wyprodukowanej energii.

Zderzenie danych kosztowych z danymi o powierzchni pokazało, gdzie bardziej opłaca się „iść w dachy”, a gdzie budować instalacje gruntowe, nie ryzykując przy tym konfliktu o ziemię.

Dachy kontra farmy na polach – kto wygrywa w starciu o ziemię

Dachy jako niewykorzystany rezerwuar mocy

Analiza globalna potwierdziła coś, o czym eksperci mówią od lat: fotowoltaika na dachach ma ogromny potencjał ograniczenia zajętości gruntów. Panele montowane na istniejących budynkach praktycznie nie „zabierają” nowej powierzchni, bo korzystają z miejsca, które i tak jest już przekształcone przez człowieka.

Z danych wynika, że przy odpowiedniej polityce zachęt wiele miast i regionów mogłoby pokryć znaczną część zapotrzebowania na prąd z dachów domów, magazynów, hal przemysłowych czy centrów handlowych. Dotyczy to zwłaszcza obszarów o wysokich cenach gruntów i gęstej zabudowie.

Instalacje na ziemi: mniejsze zagrożenie, niż się sądzi

Badania wcale nie dyskredytują dużych farm słonecznych stawianych na terenach otwartych. Zespół zwraca uwagę, że w wielu częściach świata dostępność ziemi nie jest aż tak dużą barierą, jak sugerują publiczne dyskusje.

Istnieją ogromne obszary o niskiej wartości rolniczej czy przyrodniczej, gdzie budowa farmy fotowoltaicznej może współistnieć z innymi funkcjami terenu. Przykłady to:

• zdegradowane tereny poprzemysłowe i pogórnicze,
• część gruntów półpustynnych,
• pobocza infrastruktury transportowej, np. autostrad i linii kolejowych,
• nieużytki o niskiej produktywności rolniczej.

Przy szybkim wzroście fotowoltaiki globalna ilość ziemi potrzebna do osiągnięcia neutralności klimatycznej okazuje się „zauważalna lokalnie, lecz znikoma w skali planety”.

Dlaczego jedne farmy zużywają więcej ziemi niż inne

Znaczenie nasłonecznienia i technologii

Badaczy interesowało też, dlaczego jedne projekty fotowoltaiczne potrzebują więcej hektarów na jednostkę energii niż inne. Kluczowe okazały się dwa czynniki: położenie geograficzne i zastosowana technologia.

Regiony dobrze nasłonecznione z nowoczesnymi, kompaktowymi instalacjami potrzebują wyraźnie mniej ziemi na każdą wyprodukowaną megawatogodzinę. To ważny sygnał dla państw planujących rozwój fotowoltaiki – miejsce i technologia przekładają się bezpośrednio na efektywność wykorzystania terenu.

Polityka publiczna może przesunąć akcenty

Badania pokazują, że różnice w kosztach między instalacjami dachowymi a gruntowymi zmieniają się drastycznie w zależności od regionu. Gdy państwo lub samorząd wprowadza dopłaty, ułatwienia prawne czy ulgi podatkowe, w niektórych miejscach rozwiązania dachowe stają się zdecydowanie bardziej opłacalne. Gdzie indziej tańsze jest wciąż stawianie farm na ziemi.

Tam, gdzie polityka świadomie promuje oszczędne gospodarowanie gruntami, większą rolę zaczynają odgrywać panele na dachach i projekty łączące produkcję energii z innymi funkcjami terenu.

Co to oznacza dla miast, wsi i zwykłych inwestorów

Miasta: energia z dachów i elewacji

Dla obszarów miejskich wnioski są dość jasne. Duży potencjał tkwi w pełnym wykorzystaniu dachów i w przyszłości także elewacji budynków. Fotowoltaika może stać się stałym elementem planów zagospodarowania przestrzennego – podobnie jak dziś planuje się sieć dróg czy terenów zielonych.

Samorządy mogą tu działać na kilka sposobów:

• wprowadzać wymagania dotyczące paneli na nowych budynkach publicznych,
• upraszczać procedury formalne dla inwestorów indywidualnych,
• wspierać programy dla wspólnot mieszkaniowych i spółdzielni,
• łączyć fotowoltaikę z termomodernizacją i magazynami energii.

Obszary wiejskie: łączenie energii z rolnictwem

Na wsi kluczowe staje się dobre planowanie przestrzenne. Farma słoneczna postawiona na najlepszej ziemi rolnej nie ma większego sensu, skoro można wykorzystać grunty słabszej jakości albo zaprojektować instalacje tak, by współistniały z uprawami lub wypasem zwierząt.

Coraz więcej mówi się o tzw. agrofotowoltaice – panelach ustawionych wyżej, w rzadszych odstępach, tak by pod nimi można było nadal uprawiać rośliny. Badania takie jak te z McGill dają narzędzia do oceny, gdzie taki model ma największy sens i jak wpływa na realne wykorzystanie ziemi.

Co jeszcze warto mieć z tyłu głowy, planując rozwój fotowoltaiki

W dyskusji o powierzchni często gubi się kilka istotnych kwestii. Po pierwsze, porównując fotowoltaikę z innymi źródłami energii, trzeba brać pod uwagę nie tylko samą elektrownię, ale też infrastrukturę wydobywczą i przesyłową. Węglowe odkrywki czy pola naftowe zajmują ogromne obszary, których nie da się łatwo przywrócić do dobrego stanu.

Po drugie, panele mają ograniczony czas życia. Sposób zagospodarowania zużytych modułów i możliwość ponownego wykorzystania terenu po zakończeniu pracy instalacji staną się z czasem równie ważne, jak pytanie o to, ile hektarów zajmie dana inwestycja na starcie.

Wreszcie, warto pamiętać o jakości danych. Prace, które korzystają z ujednoliconej metodologii i zdjęć satelitarnych, pozwalają przestać opierać się na marketingowych zapowiedziach i przybliżeniach. Dzięki temu samorządy, państwa i prywatni inwestorzy mogą planować rozwój fotowoltaiki w sposób bardziej świadomy, ważąc realne korzyści klimatyczne i ekonomiczne z lokalnymi kosztami przestrzennymi.

Dla przeciętnego mieszkańca oznacza to proste przesłanie: panele słoneczne wcale nie muszą oznaczać utraty cennych terenów. Gdy w grę wchodzi mądrze dobrane miejsce, przemyślana technologia i rozsądna polityka, energia słoneczna może rozwinąć skrzydła bez zdominowania krajobrazu.