From Solar Fields to Multifunctional Landscapes: Assessing the Effectiveness of Multifunctional Ground-Mounted PV Systems

太陽は無限のクリーンエネルギーを提供していますが、それを捕らえるにはスペースが必要です。各国が化石燃料を太陽光発電に置き換えようと競い合う中、広大な地上設置型ソーラーパネルのフィールドが景観の中に次々と現れています。この変化は、馴染みのある緊張関係をもたらします。すなわち、電力へのニーズと、自然を保護し食物を育むニーズとの衝突です。長年、議論の中心は、ソーラーファームが自然環境を破壊するのか、それとも単に他の用途に使えるはずの土地を占有しているだけなのかという点にありました。科学者やプランナーは、長年これらの設置施設の効率を測定しようと試みてきました。彼らは、「特定の土地の区画からどれだけの電力を得られるか？」という単純な問いを投げかけてきました。標準的な回答は、土地を電力のための単一目的の工場として扱い、単位面積あたりのエネルギー出力をカウントすることでした。しかし、この狭い視点は、ある決定的な可能性を見落としています。もし、ソーラーフィールドが単に電力を生成する以上のことができるとしたらどうでしょうか？もし、それが同時に野生生物を支え、作物を育て、あるいは損傷した土壌を再生できるとしたらどうでしょうか？「多機能的な土地利用」として知られるこの概念は、一つのサイトが複数の役割を果たすことができることを示唆していますが、その真の価値を測定することは困難であると証明されてきました。既存のツールは、ソーラーファームが同時に草原や放牧地でもあるという複雑な現実を捉えきれないことが多いのです。

ウィーンのBOKU大学の研究チームは、オーストリア全土で稼働している実世界のソーラー設置施設に着目することで、この測定問題を解決しようと試みました。彼らはコンピュータモデルや理論的なシナリオに頼るのではなく、すでに二重の目的を持って稼働している8つの特定のソーラーファームを実際に訪問しました。これらのサイトは、かつての埋立地の上に建設されたパネルから、ソーラーアレイの下で羊が放牧されているフィールドまで多岐にわたります。研究者たちは、これらのサイトを建設・管理している人々へのインタビューを行い、植生に関する詳細なメモを取り、土地がどのように使用されているかを観察しました。彼らは、これらの多機能的なサイトが実務において成功している一方で、その効率を計算する標準的な方法が誤解を招くものであることを見出しました。総電力出力を総面積で単純に割るという伝統的な手法を適用すると、多機能的なサイトは標準的なソーラーファームよりも効率が低いように見えてしまうのです。これは、下の草に光が届くようにパネルの間隔を広げたり、電力生成ではなく花卉帯（フラワーストリップ）に土地を割いたりするためです。古い数学は、これらのサイトが土地の使い道として不十分であることを示唆していましたが、研究者たちはこれが不完全な描写であることを知っていました。土地はより多くの仕事をしているのですが、それは古い公式がカウントするように設計された種類の仕事ではなかったのです。

これを修正するために、チームは「マルチ・ランド・ユース・エフェクティブネス（多目的土地利用有効性）」法と呼ばれる新しい考え方を開発しました。単にワット数を数えるのではなく、このアプローチでは、ソーラーファームをそれぞれが独自の価値を持つ異なる景観要素の集合体として扱います。ソーラーフィールドを、金属とガラスの単一のブロックとしてではなく、異なる要素のパッチワーク・キルトとして想像してみてください。ある部分は電力のため、ある部分は羊の放牧のため、ある部分は野草のため、そしてある部分は生垣のためです。研究者たちは、以前の状態と比較して土地がどれほど改善されたかに基づいて、これらの各パッチに価値を割り当てました。例えば、以前のサイトが大量の農薬を使用する作物を栽培していた場合、野草を植えた化学薬品を使用しないソーラーファームへの切り替えは、自然に対する大きな利益としてカウントされました。もしサイトに動物の移動を遮るフェンスがあった場合、それは損失としてカウントされました。サイト全体の利益と損失を合算することで、彼らはエネルギーと自然の両方を含む、土地の総体的な利益を反映する単一のスコアを算出することができました。

彼らがこの新手法を、単一のエリア内に異なる複数の設置タイプを統合したあるケーススタディに適用したとき、結果は劇的に変化しました。この特定のサイトは、標準的な地上設置型アレイ、リンゴ栽培と組み合わせたオーバーヘッド・バイフェイシャル（両面受光型）システム、そして追尾型PVを用いた回転式クロッピング・システム、および専用の生態学的ゾーンを含む、多様なシステムを備えていました。旧システムの下では、このサイトは高密度のソーラーファームよりもヘクタールあたりの電力が少ないため、非効率的に見えました。しかし、新しい手法を用いると、サイトは明確な利益を示しました。研究者たちは、その土地が実質的に、より広い面積の役割を果たしていることを算出しました。具体的には、ソーラーパネル、放牧、および野草を組み合わせたこの5.2ヘクタールのサイトは、もしそれらの機能が別々の場所で行われていた場合に必要となる、およそ7ヘクタールの土地に相当する利益を提供していました。言い換えれば、用途を組み合わせることにより、このサイトは、同じ結果を得るために本来必要であった約1.4ヘクタールの土地を節約したのです。この発見は、最も効率的な土地利用とは、必ずしも最小のスペースに最大のパネルを詰め込むことではなく、エネルギーを他の重要な機能と統合することであるということを示唆しています。

この研究は、依然として残る実務的な課題についても強調しました。研究者たちは、ソーラーファームの建設段階が、重機による土壌の踏み固めやフェンスによる動物の移動制限など、地域の生態系にとって最もダメージが大きい時期であることを発見しました。最高の設計が施されたサイトであっても、安全上の理由から法律でフェンスの設置が求められることが多く、これが野生生物にとっての障壁を生み出していました。チームは、一部の事業者が動物の自由な移動を助けるためにフェンスの撤去を望んでいるものの、規制によって維持を余儀なくされている状況を指摘しました。しかし、彼らはまた、小さな動物のためにフェンスの下に隙間を作ったり、固形的な障壁の代わりに生垣を植えたりするといった、単純な調整が違いを生む可能性があることも発見しました。研究は、これらの多機能的なシステムが単なる理論的なアイデアではなく、すでにオーストリアで成功裏に建設・管理されていることを裏付けました。運営者たちは、羊の放牧や野草のメドウ（草原）を統合することは可能であるだけでなく、多くの場合、サイトと地域社会や環境との関係を改善させると報告しています。

最終的に、この論文は、私たちが太陽光エネルギープロジェクトをどのように評価すべきかについて、変革が必要であると主張しています。現在の、平方メートルあたりの電力出力を最大化することへの焦点は、再生可能エネルギーの未来を導くにはあまりにも限定的です。もし私たちが自然を破壊することなく太陽光発電を拡大したいのであれば、土地が生産する電気だけでなく、その土地ができるすべてのことに対して価値を見出さなければなりません。研究者が提案した新しい手法は、プランナーや政策立案者がこれらのサイトの全価値を見出すための実用的なツールを提供します。それは、再生可能エネルギーと生物多様性の保全が敵対するものではないことを示しています。自然の利益とともにエネルギーの利益をカウントする枠組みを用いることで、私たちは単なる発電所ではなく、クリーンな未来への移行を支える「生きた景観」としてのソーラーファームを設計することができるのです。研究は、適切な計画とインセンティブがあれば、これらの二重利用システムは、土地を巡る競争を協調へと変え、人間と地球の両方に生産的な空間を作り出すことができると結論付けています。