Wieloletnie badanie kukurydzy pod podniesionym systemem agrivoltaicznym z śledzeniem i uproszczone modelowanie plonu

Uprawianie żywności i zbieranie światła słonecznego razem

Grunty rolne stoją przed podwójnym zadaniem: muszą wyżywić rosnącą populację, a jednocześnie pomieścić panele słoneczne zasilające nasze domy, samochody i przemysł. W badaniu sprawdzono, czy jedna z najważniejszych upraw na świecie — kukurydza — może dobrze rosnąć pod podniesionymi panelami słonecznymi, co pozwoliłoby rolnikom uzyskiwać dochody zarówno z ziarna, jak i z energii elektrycznej na tym samym polu.

Dlaczego rolnictwo i energia słoneczna konkurują o przestrzeń

W miarę jak rośnie populacja i ociepla się klimat, rolnicy są pod presją częstszych fal upałów, przesuwających się pór roku i niepewnych opadów. Jednocześnie społeczeństwa ścigają się w instalowaniu czystej energii, zwłaszcza słonecznej, aby ograniczyć emisje gazów cieplarnianych. Płaskie, otwarte pola często są najbardziej praktycznym miejscem na duże instalacje fotowoltaiczne, ale całkowite pokrycie pól panelami zmniejszyłoby powierzchnię dostępną pod uprawy. Systemy agrivoltaiczne oferują kompromis: panele słoneczne ustawione wystarczająco wysoko, by rośliny lub zwierzęta gospodarskie mogły rozwijać się pod nimi, współdzieląc ten sam teren do dwóch celów.

Testowanie kukurydzy pod ruchomym cieniem

Naukowcy przeprowadzili wieloletni eksperyment na stacji badawczej w Indianie, w sercu amerykańskiego „pasa kukurydzy”. Zainstalowali wysokie panele słoneczne z jedną osią śledzenia nad częściami pola kukurydzianego. Część powierzchni znajdowała się bezpośrednio pod ciągłymi rzędami paneli, inne pod wzorem szachownicy przepuszczającym więcej światła, a reszta pola służyła jako niezacieniona kontrola. Panele tworzyły przesuwającą się mozaikę światła i cienia w ciągu dnia, zmieniającą się wraz z ruchem słońca i wzrostem roślin. Przez cztery sezony wegetacyjne zespół szczegółowo rejestrował rozwój roślin, wysokość, plon ziarna oraz dokładne dane pogodowe i dotyczące wilgotności gleby.

Jak cień zmienił wzrost roślin i plon

Kukurydza pod panelami dojrzewała nieco później niż rosnąca w pełnym słońcu, zazwyczaj o jeden do trzech dni. Rośliny w zacienionych strefach były nieco niższe — o kilka centymetrów średnio — ale nadal zdrowe. Co najważniejsze dla rolników, plon ziarna z obszarów zacienionych w 20–25% był tylko nieznacznie niższy niż na w pełni nasłonecznionych działkach. W ciągu czterech lat przeciętne zmniejszenie plonu w najbardziej zacienionym obszarze wyniosło zaledwie 7,7%. W niektórych sezonach różnica była większa, w innych bardzo mała, co odzwierciedla naturalne wahania pogodowe z roku na rok. Co ciekawe, w kilku latach strefy o bardziej stałym cieniu dawały nieco lepsze plony niż strefy słabiej zacienione, co sugeruje, że niewielkie ochłodzenie i oszczędność wilgoci wynikające z cienia mogą częściowo zrekompensować utratę światła.

Łączenie światła, wody i zbiorów w prosty sposób

Aby pomóc projektantom i planistom, zespół potrzebował więcej niż surowych pomiarów: celem było zbudowanie prostego modelu reguły kciuka łączącego warunki pogodowe z oczekiwanym plonem kukurydzy w systemach agrivoltaicznych. Zamiast używać bardzo złożonych modeli upraw wymagających wielu danych wejściowych, połączyli tylko dwa kluczowe czynniki — światło docierające do pola i wilgotność gleby — w jedną „wspólną” zmienną. Wykorzystując pomiary z pola i symulacje komputerowe ruchu cieni nad koroną kukurydzy, obliczyli dla wielu miejsc na polu, jak duży łączny zasób światła i wody doświadczyły rośliny w ciągu sezonu. Ten wskaźnik łączony wykazywał umiarkowaną korelację z rzeczywistymi plonami ziarna i potrafił wyjaśnić istotną część zmienności między punktami i latami, mimo że pomijał wiele drobniejszych szczegółów biologicznych.

Robienie więcej na każdym akrze ziemi rolnej

Porównując niewielki spadek plonu kukurydzy z istotnym przyrostem wytwarzanej energii elektrycznej, badanie oszacowało wskaźnik efektywności wykorzystania terenu, zwany wskaźnikiem równoważności gruntów, na około 1,37 średnio. Mówiąc prosto, ta sama działka ziemi wytworzyła równowartość o 37% więcej łącznego „produktu” niż gdyby była używana tylko do kukurydzy albo tylko do energii słonecznej. Wynik ten sugeruje, że przy przemyślanym projekcie — odpowiedniej wysokości paneli, rozstawie umożliwiającym pracę maszyn rolniczych i uwzględnieniu lokalnego klimatu — kukurydza może być praktyczną uprawą w systemach agrivoltaicznych. Choć model będzie wymagał testów w innych regionach oraz przy nawadnianiu lub dla innych upraw, główne przesłanie jest jasne: nie zawsze musimy wybierać między żywnością a czystą energią. Dzięki podniesionym zestawom słonecznym rolnicy mogą uzyskać solidne plony kukurydzy i jednocześnie generować znaczną ilość odnawialnej energii z tych samych pól.

Cytowanie: Sanchez, G., Agrawal, R., Brouder, S. et al. Multi-year study of maize under elevated tracking agrivoltaic system and simplified yield modeling. npj Sustain. Agric. 4, 25 (2026). https://doi.org/10.1038/s44264-026-00141-0

Słowa kluczowe: agrivoltaika, kukurydza, energia słoneczna, użytkowanie gruntów, plon upraw