Agriphotovoltaikanlagen sind Solarpaneele, die auf (oder oberhalb von) landwirtschaftlichen Produktionsflächen angebracht werden. Dieser Ansatz bietet gleich drei Vorteile: Neben der Erzeugung von Energie können die Produktivität der Pflanzen verbessert und Emissionen reduziert werden. In Großbritannien wird im Rahmen des Farming Innovation Programme derzeit eine von Innovate UK finanzierte Studie durchgeführt, um die Möglichkeit der Nachrüstung bestehender Gewächshäuser mit Photovoltaikanlagen zu untersuchen.
Nachdem die University of Greenwich bereits die Wirkung von Agriphotovoltaikanlagen auf Blattpflanzen wie Basilikum und Spinat erforscht hatte, erhielt sie Mittel, um die Nachrüstung eines Gewächshauses und von Folientunneln für den Erdbeeranbau zu testen. Nun wurden weitere Mittel bereitgestellt, um eine größere Anlage für weitere Beerensorten zu errichten.
Die Universität arbeitet mit dem Unternehmen Polysolar zusammen, um den Einsatz dieser nachgerüsteten Solarpaneele auf Hugh Lowe Farms, einer kommerziellen Beerenobstfarm in Kent, zu erforschen. Auf der Farm und an der Universität kommen derzeit verschiedene Varianten von halbtransparenten, flexiblen und grauen, starren Paneelen zum Einsatz, um die Auswirkungen auf die Energieproduktion, die Pflanzenproduktivität und die Kohlenstoffemissionen zu untersuchen. Außerdem werden die Mitarbeiter der Farm darin geschult, die Photovoltaik-Paneele zu installieren und nach Bedarf zu versetzen.
Dr. Elinor Thompson ist Dozentin/Assistenzprofessorin an der University of Greenwich, sie forscht zum Thema Photosynthese. Sie sprach mit Flur & Furche über die ersten Ergebnisse des Programms.
Ist es einfacher, Paneele an bestehenden Gewächshäusern und Folientunneln nachzurüsten, als die gesamten Strukturen neu zu errichten?
Für die Landwirte ist es kostengünstiger, die Paneele an bestehenden Gebäuden nachzurüsten, als die Kosten für eine komplette Neuerrichtung auf sich zu nehmen. Die Nachrüstung ermöglicht es uns außerdem, Stromerzeugung und landwirtschaftlichen Anbau auf ein und derselben Fläche zu kombinieren, anstatt reine Solaranlagen auf landwirtschaftlich nutzbarem Land zu errichten, was den Anbau von Feldfrüchten dort verhindern würde. Alle Photovoltaikanlagen in unseren Versuchen werden nachträglich auf den bestehenden Gewächshausstrukturen nachgerüstet, ohne dass die Tunnel oder Gewächshäuser angepasst werden müssen.
Wie wirken sich die Paneele auf die Pflanzen aus?
Wir gehen davon aus, dass der zusätzliche Schatten eine effizientere Wassernutzung ermöglicht. Im Sommer kann zu viel direkte Sonneneinstrahlung dem Beerenobst zu schaffen machen. Normalerweise ist selbst in Großbritannien mehr als genug Licht für die Photosynthese der Pflanzen vorhanden. Es gibt zwar geringfügige Veränderungen bei Luftfeuchtigkeit und Temperatur, die jedoch nur zu bestimmten Tageszeiten auftreten und insgesamt im Folientunnel keine große Rolle spielen.
Durch den zusätzlichen Schatten kommt es zu Veränderungen auf zellulärer Ebene innerhalb der Pflanzen. Wir haben aber bisher keine negativen Auswirkungen auf das Wachstum oder die Produktivität der Pflanzen festgestellt – der Fruchtertrag ist nicht beeinträchtigt worden. Wir messen, wie sich der Schatten auf die Wassereffizienz auswirkt, und wir sind auch dabei zu bewerten, welche Pflanzen am meisten profitieren und am besten für das System geeignet sind.
Wir können Veränderungen in der Photosynthese auf molekularer Ebene erkennen, je nach Farbe und Schatten der Paneele. Bei einigen Lichtfarben und bestimmten Pflanzen können schwerwiegendere Auswirkungen auftreten. Daher ist es wahrscheinlich, dass einige Pflanzen für den Anbau mit bestimmten Farben oder Paneelen geeignet sind, während andere völlig ungeeignet sind.
Worin liegen die Vorteile der Energieerzeugung in diesem System?
Das System bietet einen finanziellen Vorteil. Die erzeugte Energie könnte verkauft und in das Stromnetz eingespeist, direkt vor Ort genutzt oder für elektrisch betriebene Automatisierungssysteme eingesetzt werden. Wir evaluieren das Potenzial der landwirtschaftlichen Photovoltaik (Agriphotovoltaik) zur Senkung des Stromverbrauchs, aber dazu werden wir erst in einer späteren Phase des Projekts kommen.
Der Stromverbrauch schwankt im Jahresverlauf und ist im Sommer am höchsten, wenn der Betrieb auf Hochtouren läuft. Dies ist größtenteils auf die Wasserpumpen zurückzuführen, umfasst aber auch die Bewässerung, Ernteroboter, die Pflege der umliegenden Flächen sowie Fahrzeuge und Maschinen. Die Produktion von Beerenobst wird zunehmend automatisiert. Pflückroboter, UV-Roboter, Pflanzensensoren und Elektrofahrzeuge werden eingesetzt und benötigen Strom.
Für die Landwirte ist es kostengünstiger, die Paneele an bestehenden Gebäuden nachzurüsten, als die Kosten für eine komplette Neuerrichtung auf sich zu nehmen.
Dr. Elinor Thompson
Die mit der Solarenergie verbundenen Kosten sinken ständig, so dass sie hoffentlich zu einer kosteneffektiven Energiequelle wird. Wenn wir die unterschiedlichen Anordnungen der Paneele, die wir bei den Folientunneln testen, ausgewertet haben, werden wir auch werden eine Kosten-/Nutzenrechnung in die Studienergebnisse aufnehmen können.
Mit der Weiterentwicklung der Batterietechnologie haben die Landwirte auch die Wahl, ob sie einen Speicher verwenden möchten oder nicht. Zu den Zielen des Projekts gehört die Erforschung der Batterietechnologie und der besten PV-Materialien. Es wird bestimmte Anforderungen und Situationen geben, in denen ein Speicher sinnvoll ist. Die Batterietechnologie wird ständig verbessert, aber derzeit ist es einfach noch leichter und sicherer, eine Solarstromanlage mit Netzanschluss zu haben.
Wie viel Energie erzeugt das System?
Bei der Verwendung von flexiblen Paneelen hängt der Ertrag von der Dachfläche ab, die von den Paneelen bedeckt ist. Diese wiederum wird von den darunter angebauten Pflanzen vorgegeben. Eine konservative Schätzung besagt, dass die aktuelle Anlage jährlich etwa 130 MWh pro Hektar produziert. Das ist in etwa ein Viertel des Ertrags pro Hektar in einem Solarpark, aber Sie haben nicht den damit verbundenen Landverlust oder den Aufwand bei der Planung. Es ist schwierig, den realen Ertrag zu berechnen, da die Anordnung, die Anschlüsse und der genaue Standort einen großen Unterschied ausmachen können. Wir verwenden eher feste als bewegliche Paneele, denn je einfacher das System ist, desto besser.
Welche Wirkung haben getönte Solarpaneele?
Wir verwenden einige halbtransparente Photovoltaik-Paneele, die bestimmte Farben des Lichtspektrums zu den Pflanzen durchlassen, während die anderen Wellenlängen zur Stromerzeugung eingesetzt werden. In unserem früheren Projekt haben wir herausgefunden, dass getönte Solarpaneele zu einem höheren Proteingehalt in Blattpflanzen führen. Zusätzliches rotes Licht verändert nämlich die Eigenschaften der Pflanzen. Getönte Paneele können daher den Nährstoffgehalt von Feldfrüchten beeinflussen. Wir untersuchen die Auswirkungen auf weitere Fruchtarten und messen den erzielbaren Solarertrag.
Wie funktioniert dieses System mit Folientunneln?
Folientunnel sind kostengünstiger als Gewächshäuser und werden immer mehr nachgefragt. Manche empfinden sie optisch als nicht besonders ansprechend. Dann könnte die Installation von Solarpaneelen eine Lösung sein. Die Idee ist, dass die Folientunnel durch die Installation flexibler Photovoltaikpaneele aus der Ferne weniger spiegelnd und grell wirken. Dadurch können sie nicht nur die Produktivität verbessern, sondern auch die Optik. Dieses System ist daher ein pragmatischer Weg zur Verbesserung der Produktivität des gesamten Systems, sowohl bei der Energie- als auch bei der Pflanzenproduktion.