Nachricht

Jan 14, 2024

Agri-PV-Solarparks bieten „schockierende“ Vorteile, die über die Energieerzeugung hinausgehen

Solarparks der nächsten Generation, die eine synergetische Zusammenarbeit von Energie- und Nahrungsmittelproduktion sowie Wassereinsparung auf demselben Grundstück ermöglichen, können dazu beitragen, das wachsende Landnutzungsproblem der Solarenergie zu lösen, heißt es

Solarparks der nächsten Generation, die eine synergetische Zusammenarbeit von Energie- und Nahrungsmittelproduktion sowie Wassereinsparung auf demselben Grundstück ermöglichen, können laut den Forschern dazu beitragen, das wachsende Landnutzungsproblem der Solarenergie zu lösen, indem sie sie in die Realität umsetzen.

„Es gibt eine große Debatte darüber, ob Land für Solarenergie oder für die Landwirtschaft genutzt werden soll“, sagte Jennifer Bousselot, Forscherin an der Colorado State University. „Und ich verdrehe nur die Augen, weil man nicht auswählen muss. Man kann sie kombinieren.“

„Dies wird für die Zukunft der Energiebranche von entscheidender Bedeutung sein“, fügte Richard Randle-Boggis von der University of Sheffield hinzu. „Besonders irgendwo wie im Vereinigten Königreich, wo nachhaltige Landnutzung eine entscheidende Herausforderung darstellt.“

Pflanzen und Paneele können in „Symbiose“ existieren

In Agrar-Solarparks sind die Photovoltaik-Module (PV) weiter voneinander entfernt, damit mehr Sonnenlicht den Boden erreichen kann, und höher in der Luft angebracht, sodass darunter Feldfrüchte – oder sogar Kleinvieh wie Lämmer – aufgezogen werden können.

Studien haben gezeigt, dass dieser Ansatz bei richtiger Anordnung tatsächlich zusätzliche Vorteile bieten kann, z. B. indem er Pflanzen vor übermäßiger Hitze, Kälte und UV-Schäden schützt und so den Ertrag bestimmter Nutzpflanzen steigert.

„Eine Studie ergab, dass bestimmte Paprikasorten eine dreimal so hohe Produktion haben“, sagte Bousselot. „Das ist eine schockierende Zahl.“

Wenn die globalen Temperaturen steigen, können die Panels auch dazu beitragen, die schwindenden Süßwasservorräte zu schonen, indem sie die Verdunstung von Pflanzen und Böden reduzieren.

Laut Randle-Boggis, einem wissenschaftlichen Mitarbeiter an der University of Sheffield, hat die Verdunstung unter den Modulen den zusätzlichen Vorteil, dass sie die PV-Anlagen kühlt und ihre Stromproduktion steigert.

„Es ist eine Symbiose, weil beide voneinander profitieren“, sagte er zu Dezeen.

Dadurch nutzt die Agrar-PV nicht nur Land nachhaltiger, sondern trägt auch dazu bei, die Versorgung mit den für die menschliche Entwicklung unverzichtbarsten Ressourcen – Nahrung, Wasser und Energie – zu verbessern.

„Die drei Ressourcen, die wir benötigen, können in einer Agri-PV-Anlage alle effizienter verwaltet werden“, erklärte Bousselot.

„Wenn man an unsere Bevölkerung der Zukunft denkt, die bis zur Mitte des Jahrhunderts neun Milliarden Menschen umfassen wird, müssen wir damit beginnen, uns damit zu befassen, um Widerstandsfähigkeit aufzubauen.“

Die Kapazität der Agrar-PV verdreitausendfacht sich

Während die Welt im Einklang mit dem Pariser Abkommen bis 2050 Netto-Null-Emissionen anstrebt – und Europa nach der Invasion in der Ukraine versucht, seine Abhängigkeit von russischen Kohlenwasserstoffen zu verringern – bemühen sich die Länder darum, ihre Solarkapazitäten auszubauen.

Das Vereinigte Königreich strebt eine Verfünffachung seiner Kapazität bis 2035 an, während die EU eine Verdoppelung ihrer Kapazität in den nächsten drei Jahren anstrebt.

In der Zwischenzeit müssen die USA genügend Solarparks bauen, um den gesamten Bundesstaat West Virginia abzudecken, wenn sie Netto-Null erreichen wollen.

Doch zunehmend wird Solarprojekten die Baugenehmigung verweigert und sie stoßen auf Widerstand seitens ländlicher Gemeinden und Landwirte, die befürchten, dass PV-Anlagen die örtliche Landschaft „schädigen“ und fruchtbares Ackerland aus der Produktion nehmen werden.

„Die Solarindustrie ist derzeit mit vielen Gegenreaktionen konfrontiert“, erklärte Randle-Boggis. „Es wird viel Flackern.“

Um diese Landnutzungskonflikte zu bekämpfen, zeigen immer mehr Forschungsarbeiten, wie der ungenutzte Raum unter Solarpaneelen zum Nutzen von Mensch und Natur umgenutzt werden kann.

Auf einer grundlegenderen Ebene kann dies die Anpflanzung von Blumenwiesen neben PV-Anlagen umfassen, um Lebensräume für Bestäuber zu schaffen, was die Artenvielfalt verbessern und möglicherweise sogar die Pflanzenproduktion auf dem umliegenden Ackerland steigern kann.

Fortgeschrittenere Agri-PV-Systeme, die Sonnenkollektoren zusammen mit Nahrungspflanzen anordnen, werden seit 15 Jahren auf dem europäischen Festland sowie in Teilen Ostasiens und der USA entwickelt und werden nun immer häufiger eingesetzt.

Von Forschungsprojekten bis hin zum kommerziellen Betrieb haben diese Systeme kürzlich die gleiche Solarkapazität wie das gesamte Vereinigte Königreich erreicht und zwischen 2012 und 2021 von fünf auf 14.000 Megawatt geschossen.

„In den letzten drei oder vier Jahren hat es wirklich Fahrt aufgenommen“, sagte Randle-Boggis.

Agri-PV-Parzellen trotz geringerer Erträge produktiver

Wie viel Nahrung und Energie aus einem Agrar-PV-Projekt erzeugt werden kann, hängt stark vom Standort der Anlage, den angebauten Pflanzen und der Positionierung der Module ab.

Landwirte in dunkleren, kälteren Ländern wie Deutschland oder Dänemark müssen eine geringere Dichte an Paneelen verwenden und sie weiter voneinander entfernt platzieren, um den Pflanzen nicht das begrenzte verfügbare Sonnenlicht zu entziehen.

Hier sind die Energie- und Ernteerträge in der Regel etwas geringer als auf einem Stück Land, das ausschließlich landwirtschaftlich oder solar genutzt wird.

Aber insgesamt sei die Produktivität einer Agrar-PV-Fläche immer noch höher, sagt Randle-Boggis, da sie gleichzeitig zwei unterschiedliche Erträge erwirtschafte.

„Eine gewisse Ertragsreduzierung ist immer noch besser, als nichts anzubauen“, argumentierte er. „Es geht darum, die wirtschaftlich optimale Balance zu finden.“

Forscher experimentieren auch mit neuartigen Technologien wie halbtransparenten Solarpaneelen, vertikalen Photovoltaik-„Zäunen“ oder Wachstumslampen, die an der Unterseite herkömmlicher Paneele montiert werden, um den Ertrag von Agri-PV-Systemen in lichtarmen Umgebungen zu verbessern.

Das System ist für von Dürre betroffene Regionen von entscheidender Bedeutung

Bisher wurden einige der besten Ergebnisse mit Agrar-PV-Systemen unter rauen, heißen Anbaubedingungen erzielt, beispielsweise in Arizona, wo eine Studie ergab, dass sich die Produktion von Kirschtomaten unter Sonnenkollektoren verdoppelte und Chiltepin-Paprika verdreifachte.

„Dort ist es so heiß und wir fangen auch an, mit Dürren zu rechnen“, erklärte Thomas Hickey vom Energieunternehmen Sandbox Solar. „Wenn man diesen Pflanzen also etwas mehr Schatten spenden kann, dann wird es ihnen zugute kommen.“

Randle-Boggis fand ähnliche Ergebnisse auf einer Testfläche in Kenia, wo die Paneele in einer höheren Dichte platziert wurden, um die Pflanzen vor Sonnen- und UV-Schäden zu schützen. Dies ermöglichte eine höhere Stromerzeugung und reduzierte gleichzeitig die für die Bewässerung benötigte Wassermenge um 47 Prozent und das Wachstum Kohlköpfe, die um 24 Prozent größer waren.

Dies ist besonders wichtig in Ländern wie Kenia, wo es zu beispiellosen Dürren kommtLaut Randle-Boggis beeinträchtigen die durch die globale Erwärmung verursachten Probleme bereits die Ernährungs- und Wassersicherheit und der Kauf von Strom aus dem nationalen Netz ist äußerst teuer.

„Wir haben ihre Abhängigkeit vom nationalen Stromnetz verringert, sodass sie autarker werden“, erklärte er.

„Und es besteht auch das Potenzial für eine bessere Widerstandsfähigkeit gegen den Klimawandel, weil man im Wesentlichen ein günstigeres Wachstumsumfeld schafft und einige dieser extremen Bedingungen eindämmt.“

Agri-PV auf Dächern sichert Ressourcen in Städten

Eine weitere raue Wachstumsumgebung, in der sich Agri-PV-Anlagen auszeichnen können, sind Dachfarmen, wo begrenztes Wasser und höhere Temperaturen sowohl die Funktion von Solarmodulen als auch das Wachstum von Pflanzen beeinträchtigen können.

„Wenn die Temperaturen über 25 Grad Celsius steigen, beginnen Solarmodule an Effizienz zu verlieren“, sagte Bousselot. „Und bei 40 Grad sind sie ziemlich daneben.“

„Dächer erreichen diese Temperatur im Sommer ziemlich schnell. Die Pflanzen profitieren also tatsächlich von den Paneelen, weil sie Verdunstungskühler sind.“

In einem Klima wie Colorado, wo Bousselot einige der allerersten Testparzellen für Agri-PV auf Dächern betreibt, haben die Module auch gezeigt, dass sie die Vegetationsperiode einiger Feldfrüchte verlängern, indem sie sie nachts wärmer halten.

„Es ist wie ein Mini-Gewächshaus ohne Seiten“, erklärte sie.

Letztendlich argumentiert Bousselot, dass Agri-PV-Anlagen auf Dächern dazu beitragen könnten, lebenswichtige Ressourcen dort zu konzentrieren, wo sie am meisten benötigt werden, da bis 2050 voraussichtlich mehr als zwei Drittel der Weltbevölkerung in Städten leben werden.

„Das ist eine wirklich tolle Idee, weil man so die maximale Produktivität aus einem Bereich herausholt, der bereits stark erschlossen ist“, stimmte Randle-Boggis zu.

Unsicherheit ist ein Hindernis für die Adoption

Die Agrar-PV steckt derzeit noch in den Kinderschuhen, und die Forscher befinden sich noch im Anfangsstadium der Kartierung, welche Konfigurationen und Nutzpflanzen in verschiedenen Klimazonen verwendet werden sollten, um optimale Erträge zu erzielen.

„Angesichts all der unbekannten Variablen ist die Akzeptanz schwierig“, sagte Hickey. „Es geht sehr langsam voran.“

„Die Ergebnisse, die wir erhalten, sind sehr unterschiedlich, einfach weil es so viele Faktoren gibt und es sich um ein so neues Forschungsgebiet handelt“, fügte Randle-Boggis hinzu.

„Es wird nicht in jedem Kontext funktionieren. Daher wird das Hauptaugenmerk bei der Solarenergie immer noch auf dem typischen Freiflächen-Solarpark liegen.“

Um Landwirte und Entwickler für die Sache zu gewinnen, entwickelt Hickeys Unternehmen Sandbox Solar derzeit in Zusammenarbeit mit dem National Renewable Energy Lab (NREL) eine Agrar-PV-Design- und Modellierungssoftware namens Spade.

Dadurch erhalten Benutzer eine ungefähre Vorstellung davon, welche Pflanzen und Konfigurationen sie in ihrem lokalen Klima verwenden könnten, sowie die damit verbundenen Kosten und Gewinne auf der Grundlage vorhandener Forschungsergebnisse.

„So können Sie nachvollziehen, welche Input-Kosten und welche Outputs Sie haben werden – sowohl aus der Solarenergie als auch möglicherweise aus den Feldfrüchten – und wie lange die Kapitalrendite dieser Infrastruktur anhalten würde“, sagte Hickey.

Montagesysteme werden teurer, CO2-intensiver und störender

Es gibt noch weitere praktische Herausforderungen, um die Agrar-PV in den Mainstream zu bringen.

Im Allgemeinen ist die Installation von Dual-Use-Solarsystemen aufgrund der größeren und komplexeren Montagesysteme, die zum Halten der Module erforderlich sind, teurer.

Laut Bousselot kann die Installation einer Agri-PV auf dem Dach beispielsweise dreimal so viel kosten wie die Installation eines herkömmlichen Flachdachs.

„Die anfänglichen Kapitalkosten sind hoch“, erklärte sie. „Aber der langfristige Return on Investment ist großartig, weil man letztendlich diese [Wasser-, Energie- und Lebensmittel-]Systeme schützt.“

Da Agri-PV-Anlagen höher über dem Boden errichtet werden als herkömmliche Solarmodule, benötigen sie laut Randle-Boggis auch tiefere Stahlfundamente und haben daher einen höheren CO2-Fußabdruck.

„Sie könnten auch optisch unerwünschter sein“, fügte er hinzu. „Wie sich das mit der Tatsache vereinbaren lässt, dass Sie die landwirtschaftlichen Flächen erhalten, müssen wir herausfinden.“

Solare RevolutionDieser Artikel ist Teil der Solar Revolution-Reihe von Dezeen, in der die vielfältigen und aufregenden Einsatzmöglichkeiten der Sonnenenergie untersucht werden und wie Menschen die unglaubliche Kraft der Sonne voll ausnutzen können.

Dezeen im Detail Wenn Sie gerne Dezeens Interviews, Meinungen und Features lesen, abonnieren Sie Dezeen In Depth. Dieser Newsletter wird jeden letzten Freitag im Monat verschickt und bietet einen zentralen Ort, um über die Design- und Architekturgeschichten hinter den Schlagzeilen zu lesen.

Unser beliebtester Newsletter, früher bekannt als Dezeen Weekly. Wird jeden Donnerstag verschickt und enthält eine Auswahl der besten Leserkommentare und meistdiskutierten Geschichten. Plus gelegentliche Updates zu Dezeens Diensten und aktuellen Nachrichten.

Wird jeden Dienstag verschickt und enthält eine Auswahl der wichtigsten Nachrichten-Highlights. Plus gelegentliche Updates zu Dezeens Diensten und aktuellen Nachrichten.

Ein täglicher Newsletter mit den neuesten Geschichten von Dezeen.

Tägliche Updates zu den neuesten Stellenangeboten im Bereich Design und Architektur, die auf Dezeen Jobs ausgeschrieben werden. Dazu gelegentliche Neuigkeiten.

Wöchentliche Updates zu den neuesten Stellenangeboten im Bereich Design und Architektur, die auf Dezeen Jobs ausgeschrieben sind. Dazu gelegentliche Neuigkeiten.

Neuigkeiten zu unserem Dezeen Awards-Programm, einschließlich Anmeldefristen und Ankündigungen. Plus gelegentliche Updates.

Neuigkeiten vom Dezeen Events Guide, einem Auflistungsführer zu den führenden Designveranstaltungen, die auf der ganzen Welt stattfinden. Plus gelegentliche Updates.

Neuigkeiten zu unserem Dezeen Awards China-Programm, einschließlich Anmeldefristen und Ankündigungen. Plus gelegentliche Updates.

Wir verwenden Ihre E-Mail-Adresse ausschließlich für den Versand der von Ihnen angeforderten Newsletter. Wir werden Ihre Daten niemals ohne Ihre Zustimmung an Dritte weitergeben. Sie können sich jederzeit abmelden, indem Sie auf den Abmeldelink unten in jeder E-Mail klicken oder uns eine E-Mail an [email protected] senden.

Weitere Einzelheiten finden Sie in unserer Datenschutzerklärung.

Sie erhalten in Kürze eine Willkommens-E-Mail. Bitte überprüfen Sie Ihren Posteingang.

Sie können sich jederzeit abmelden, indem Sie auf den Link am Ende jedes Newsletters klicken.

NASA-Weltraummission soll „sehr hohe Geschwindigkeit“ demonstrieren ...

Die Herausforderungen der Solaren Revolution

Die sonnenerntende Ecacia von Samuel Wilkinson imitiert Bäume von ...

Das Solar Protocol-Netzwerk erforscht das Potenzial eines ...

Bezirksamt verwandelt Telekommunikationsmast in...

Der Solar Energy Kiosk von Cream on Chrome serviert Orangensaft ...

Der Dezeen-Leitfaden zur Solarenergie

Das Potenzial der Solarenergie ist begrenzt, es sei denn „man tut alles ...“

Besuchen Sie unsere Kommentarseite | Lesen Sie unsere Kommentarrichtlinie