Teemu Heikkkinen
Aurinkosähköviljely (eng. mm. agrivoltaics tai agri-PV ja ruots. agrivoltarisk) on uusi tapa yhdistää maataloustuotanto ja aurinkosähkön tuotanto samalle maa-alalle nostaen maankäytön kokonaistehokkuutta ilman, että maataloustuotanto liian merkittävästi kärsii. Paneelistot pellolla voivat tarjota myös yllättäviä hyötyjä kasveille.
Kuva 1. Omenaviljelmä Kressbronnissa eteläisessä Saksassa. Käytössä räätälöidyt paljon valoa läpäisevät aurinkopaneelit omenapuiden päällä. Kuva: Lisamiri, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons
Maailmanlaajuisesti uusiutuvan energian ja ruuan tuotanto kilpailevat samasta maa-alasta ja kilpailu nähdään uhkana ruokaturvalle. Tämä luo myös ristiriitaa YK:n kestävyystavoitteiden (UN SDG), kuten nälänhädän loppumisen ja edullisen ja puhtaan energian välille. Aurinkosähköviljely voi parhaimmillaan ratkaista tätä ristiriitaa ja auttaa lisäksi muutaman muunkin kestävyystavoitteen saavuttamisessa.
Käytännössä aurinkosähköviljely konseptissa esim. viljelypellolle sijoitetaan aurinkopaneeleja niin, etteivät ne haittaa normaaleja maataloustöitä ja pienentävät satoja tai viljeltävissä olevaa maa-alaa mahdollisimman vähän. Eli maataloustuotanto lähtökohtaisesti priorisoidaan sähköntuotannon edelle. Paneelistot voivat tuotetun energian lisäksi tuoda myös muita vähemmän ilmeisiä etuja, kuten suojata kasveja rakeilta ja rankkasateilta, antaa varjoja laiduntaville eläimille tai vähentää veden haihduntaa pellolta. Aurinkosähköviljelyjärjestelmiksi voidaan lukea myös kasvihuoneiden yhteyteen sijoitettavat aurinkosähköjärjestelmät. Tässä jutussa keskitymme kuitenkin avomaan järjestelmiin.
Kahden tyyppisiä järjestelmiä
Avomaalle soveltuvat aurinkosähköviljelyjärjestelmät voidaan sijoittelunsa ja tekniikkansa puolesta jakaa kahteen kategoriaan: 1) viljely tapahtuu järjestelmien alla, kuten esim. kuvassa 1, tai 2) viljely tapahtuu järjestelmien välissä kuten esim. kuvassa 2. Ensimmäisessä kategoriassa paneelit sijoitetaan viljelyksen päälle telineille niin, että niiden alla voidaan työskennellä normaalein tilalla käytetyin menetelmin ja konein. Paneelistoasennukset suunnitellaan niin, että varjostukset haittaavat mahdollisimman vähän viljelyä ja sadon kehitystä tuottaen kuitenkin myös aurinkosähköä. Käytettävät paneelit ovat tyypillisesti paremmin valoa läpäiseviksi räätälöityjä tai ne sijoitellaan selvästi väljemmin, kuin tavanomaisissa aurinkosähkön maa-asennuksissa tehtäisiin mahdollistaen näin riittävän valon saannin viljeltäville kasveille.
Kuva 2. Vertikaalijärjestelmä heinänkorjuun jälkeen Aasenin aurinkopuistossa Etelä-Saksassa. Käytössä kaksipuoleiset aurinkopaneelit. Kuva: Tobi Kellner, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons.
Toisessa kategoriassa kaksipuoleiset paneelit sijoitetaan esimerkiksi pystyyn viljelyrivien väliin aitamaisesti, sopivin esim. noin 10 m välein, kuten kuvassa 2. Sähköntuotannollisesti pohjois-etelä suuntaiset vertikaalijärjestelmät (aidat) eli itään ja länteen päin suuntaavat paneelistot ovat parhaita, mikäli se on kyseisellä tilalla muuten mahdollista. Kaksipuoleiset paneelit ovat uudempia aurinkopaneelityyppejä, missä aurinkosähkön tuottoa saadaan paneelin molemmin puolin – taustapuoleltakin jo lähes yhtä hyvällä hyötysuhteella, kuin etupuolelta. Kuvassa 2 näkyvä ylä- ja alarivien paneelien eri värisävy kertoo, että paneelit on asennettu eri päin tasoittaen paneelien puolierot sähkön tuotannossa. Vaihtoehtoisesti tässä kategoriassa voidaan käyttää myös sopivaan kulmaan kiinteästi asennettuja ja esim. etelään suunnattuja paneeleja tai yksiakselisia, seuraavia järjestelmiä, joissa paneelistoa voidaan päivän aikana kääntää auringon mukaan esim. idästä länteen. Jälkimmäisessä monimutkaisuus lisää helposti rakentamisen kustannuksia, sekä huoltotarvetta ja -kustannuksia. Kiinteään kulmaan asennetut paneelistot taas vievät enemmän maa-alaa, mutta voivat hieman ylemmäksi nostettuna sopia hyvin esimerkiksi lampaiden laidunnukseen, kuten Hirvensalmella lampuri Tiina Jokelan tilalla (Käytännön maamies 5.11.2024). Kaikissa tapauksissa tarvittava maakaapelointi kaivetaan ja sijoitetaan riittävän syvälle niin, ettei se häiritse maan muokkausta ja normaalien maatalouskoneiden käyttöä.
Viljelykasvien soveltuvuudessa agri-PV järjestelmän alle tai rinnalle viljeltäväksi on eroja, jotka tulee huomioida. Lähtökohtana tulisi olla aurinkosähköviljelyjärjestelmän suunnittelu kyseiselle tilalle sopivaksi ilman, että viljelykasveja tai -tapoja tarvitsisi sen vuoksi muuttaa tai että sato merkittävästi pienenisi. Agri-PV järjestelmien hyödyntämistä tutkitaan tällä hetkellä paljon Euroopassa ja ympäri maailmaa ja uutta tietoa niiden soveltamismahdollisuuksista saadaan koko ajan lisää.
Mallia muualta Euroopasta
Suomessa ei tietääksemme ole mainitun Hirvensalmen järjestelmän lisäksi vielä muita aurinkosähköviljelyjärjestelmäksi luettavia toteutuksia, etenkään varsinaiseen kasvintuotantoon keskittyviä. Lähimmät toteutukset näihin löytyvät Ruotsista, jossa on jo muutamia testi/pilottijärjestelmiä ja etelämpänä Euroopassa kuten Hollannissa ja on käytössä jo useita kaupallisiakin aurinkosähköviljelyjärjestelmiä.
Esimerkiksi Mälardalenin yliopiston Ruotsin Västeråsissa Kärrbro Prästgårdin tilalla sijaitsevan vertikaalisen tutkimusjärjestelmän yhteydessä on vuodesta 2021 tutkittu ja kokeiltu erilaisten kasvien kasvatusta. Satokausina 2021-2022 vajaa kolmimetristen pohjois-etelä suuntaisten ”paneeliaitojen” 10 metriä leveissä väleissä (2 väliä) kasvatettiin rehuruohoa, eikä alakohtaisessa sadossa huomattu tilastollisesti merkittävää eroa viereisen referenssipellon kasvuun verrattuna. Vastaavasti sähköntuotanto oli noin 5% pienempää kuin tavanomaista maa-asennusta edustavan referenssijärjestelmän. Ruoho leikattiin kolme kertaa satokaudessa. Huomioitava on, ettei paneeliston alta varoetäisyyksineen, eli noin 10% pinta-alalta satoa voitu korjata tavanomaisin konein, minkä vuoksi kokonaissato pieneni samat 10%. Toisaalta viljelyltä pois oleva ala paransi osaltaan pölyttäjien elinympäristöä ja tuki monimuotoisuutta. Satokaudella 2023 kasvatettiin ohraa, 2024 kauraa ja 2025 syysvehnät on kuulemma kylvetty. Näiltä vuosilta ei ole kuitenkaan tarkempia tietoja.
Toisena nostona mainittakoon jo ison mittakaavan kaupallinen toteutus Hollannista. Babberichissa aivan Hollannin ja Saksan rajalla sijaitsevalla Piet Albersin hedelmätarhalla vuonna 2020 katettiin noin 3,3 hehtaarin vadelmatarha käyttäen osin aurinkoa läpäiseviä aurinkopaneeleja kuten kuvassa 1. Toteutuksesta löytyy useita myös englanninkielisiä YouTube videoita ja juttuja esimerkiksi BayWa r.e. ja GroenLeven (edellisen tytäryhtiö) nimisten yritysten nettisivuilta. Näiden mukaan järjestelmä tuottaa hyvän vadelmasadon lisäksi sähköä noin 1250 kotitalouden tarpeisiin. Toteutusta edelsi pilottitutkimus samalla tilalla mikä osoitti, että paneelien alla oleva ilmasto tarjoaa paremman ilmankierron kuin perinteisissä järjestelmissä. Paneelit loivat suotuisamman alemman lämpötilan ja suojasivat satoa paremmin säältä.
Hintatasosta ja vaikutuksista maataloustukiin
Suomessa maataloustukia hallinnoivan Ruokaviraston mukaan ainakin tällä CAP tukikaudella (2023-27) mahdollisuudet aurinkosähköviljelyjärjestelmien hyödyntämiseen tukia menettämättä ovat rajalliset. Maatalousmaan tukikelpoisuuden säilyttämiseksi kyseeseen voisivat tulla lähinnä kategorian 2 järjestelmät eli aitamaiset tai ylipäätään viljelysten väliin sijoitettavat kiinteät järjestelmät. Syy tähän on satelliittikuviin pohjautuva kasvipeitteisyyden valvonta. Aurinkopaneelien alle jäävät kasvustot eivät näy satelliittikuvissa, ja tuenhakijan on rajattava tukihakemuksesta pois kaikki alueet, joissa satelliittikuvissa näkyy aurinkopaneeleja tai niiden tukirakenteita. Pois on rajattava myös tarvittavan turvaetäisyyden viemä alue, jota ei voi käytännössä viljellä (Ruokavirasto sposti 2024). Tukikelpoisuudelle oleellista on myös, että kyseisen maan hallinta säilyy tuenhakijalla, eikä sitä siirretä esim. järjestelmän rakennuttaneelle energiayhtiölle.
Tarkempia tukimenettelyjä ja kustannustekijöitä tullaan selvittämään BIOVAHVA -hankkeessa seuraavan reilun vuoden aikana mm. todellisiin kohteisiin pohjautuvien esimerkkien kautta. EU:n tutkimuskeskuksen (JRC) raportin (2023) mukaan aurinkosähköviljelyn potentiaali EU:ssa on merkittävä. Esimerkiksi vain yhden prosentin kattavuus käytössä olevasta maatalousmaasta tarkoittaisi noin 944 GW tuotantokapasiteettia (oletuksena 0,6 MW/ha), mikä on puolet perinteisten maahan asennettujen aurinkosähköjärjestelmien 2022 mennessä asennetusta kapasiteetista. Yksi agri-PV:n suurimmista haasteista EU:ssa liittyy selkeän määritelmän puuttumiseen, mikä voi johtaa peruslohkon poistamiseen maatalousmaakäytöstä agri-PV järjestelmäasennuksen vuoksi. Mm. näihin ja kasvavaan puhtaan energian tarpeeseen pohjautuen keskustelu maataloustukien ja aurinkosähköviljelyjärjestelmien yhteensovittamisesta tulevaisuudessa varmasti jatkuu.
Aurinkosähköviljelyjärjestelmän investointikustannuksista Suomessa ei ole vielä kunnollista tietoa. Selvää on, että järjestelmät ovat merkittävästi tavanomaista aurinkovoimalan maa-asennusta kalliimpia, koska ne vaativat kaksoiskäytön vuoksi paljon räätälöidympää suunnittelua. Räätälöinti kasvattaa myös materiaali ja asennuskustannuksia esim. järjestelmän mutkikkuuden ja korkeamman asennuskorkeuden vuoksi. Sinänsä aurinkosähkö on hyvin skaalautuvaa ja tyypillisesti hinta asennettua tehokilowattia kohti pienenee järjestelmäkoon kasvaessa. Lisäksi kansallisia järjestelmätarjoajia ei käytännössä vielä ole. Jos tekoälyn löydöksiin on luottaminen, niin aurinkosähköviljelyjärjestelmän hintahaitari olisi 1200-2000€/kW, kun tavanomaisen aurinkosähköjärjestelmän maa-asennuksen hinta olisi 700-1200€/kW. Toki pitää muistaa, että samalta alalta saadaan aurinkosähköviljelyn myötä sekä maataloustuotteita, että sähköä eli sen myötä myös maakäytön tehokkuus nousee ja maata käytetään kaikkiaan paljon aiempaa resurssiviisaammin.
BIOVAHVA tutkii aurinkosähköviljelyn mahdollisuuksia Suomessa
Satakunnan biotalouden vahvistaminen ja varmistaminen – BIOVAHVA -hankkeessa yhtenä toimenpiteenä monista selvitetään aurinkosähköviljelyn mahdollisuuksia Suomessa mm. pilottisuunnitelmien ja niitä varten selviteltävien tarvittavien tietojen kautta. Lue lisää BIOVAHVA hankkeesta täältä.
Lähteet:
BayWa r.e. wins smarter E AWARD for “fruitvoltaic” system
Campana et all. 2023. Evaluation of the first agrivoltaic system in Sweden. Project final report. Mälardalen Universitet. Energimyndigheten. https://www.mdu.se/download/18.2f91c62618bab7591d2110b4/1699522842710/Final%20report.pdf
Campana, P., Bengt, S., Hörndahl, T., Svensson, S-E., Zainali, S., Ma Lu, S., Khalil Zidane, T., De Luca, P., Amaducci, S. & Colauzzi, M. (2024). Experimental results, integrated model validation, and economic aspects of agrivoltaic systems at northern latitudes. Journal of Cleaner Production. Volume 437. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652623043937
Chatzipanagi, A., Taylor, N., Jaeger-Waldau, A. 2023. Overview of the Potential and Challenges for Agri-Photovoltaics in the European Union. JRC science for policy report. European Commission, Joint Research Centre, Ispra, Italy.
Sähköpostikeskustelu Ruokaviraston erityisasiantuntija Antti Hietalan kanssa 7.11.2024.
Takalampi, Arto. 2024. Artikkeli: Lampaiden laidunnus saa jatkoa aurinkopuistossa. Käytännön maamies 5.11.2024