Agrovoltaik – die Praxis, Solaranlagen neben Ackerland zu platzieren – wird weltweit immer häufiger eingesetzt, um dezentral saubere Energie einzuführen, ohne die Landnutzung zu beeinträchtigen.
Laut Untersuchungen der Oregon State University könnte die gemeinsame Nutzung von Solarenergie und landwirtschaftlicher Energie 20 Prozent der gesamten Stromerzeugung in den Vereinigten Staaten ausmachen. Laut den Forschern könnte die groß angelegte Installation von Agrivoltaik zu einer jährlichen Reduzierung von 330 Tonnen Kohlendioxidemissionen bei „minimalen“ Auswirkungen auf die Ernteerträge führen.
Laut der Studie würde eine Fläche von der Größe des Bundesstaates Maryland für Agrovoltaik benötigt, um 20 Prozent der Stromerzeugung in den USA zu decken. Das sind etwa 13,000 Quadratmeilen oder 1 Prozent der derzeitigen landwirtschaftlichen Nutzfläche der USA. Auf globaler Ebene wird geschätzt, dass 1 Prozent aller Ackerflächen die weltweit benötigte Energie produzieren könnten, wenn sie auf Solarphotovoltaik umgestellt würden.
Es gibt viele Möglichkeiten, Agrovoltaik-Module zu installieren. Eine der gebräuchlichsten Methoden besteht darin, die Einrichtung zu erhöhen, um Platz für landwirtschaftliche Geräte oder Vieh zu schaffen, damit sie sich darunter frei bewegen können. Ein weiteres modisches Design besteht darin, die Photovoltaikmodule vertikal auszurichten und große Freiräume zwischen den Modulreihen zu lassen.
Vereinigte Staaten
In Somerset, Kalifornien, wurden in Deutschland entworfene vertikale Sonnenkollektoren von Sunzaun auf einem Weinberg installiert. Der Installateur Sunstall entwickelte die Installation, bestehend aus 43 450-W-Modulen, die mit einem Mikro-Wechselrichter und zwei Batterien verbunden sind.
Das minimalistische Design verwendete Löcher in den Rahmen der Module, um eine einfache Befestigung an zwei Stapeln zu ermöglichen, wodurch die Notwendigkeit eines schweren Regalsystems vermieden wurde. Bifaziale Solarmodule erzeugen Energie auf beiden Seiten der vertikal ausgerichteten Anordnung.
Bei herkömmlichen Systemen mit horizontaler Ausrichtung werden die Schienen, die zur Montage der Paneele am Regalsystem verwendet werden, normalerweise auf die beabsichtigte Größe der Paneele zugeschnitten. Wenn sich die Plattengröße ändert, nachdem die Beschaffung aller anderen Komponenten abgeschlossen ist, kann es zu Verzögerungen im Projekt kommen, während die Schienen neu gestaltet werden, um die aktualisierte Plattengröße aufzunehmen. Das Sunzaun-Design ermöglicht eine einfache Anpassung an eine Änderung der Plattengröße, indem der Abstand zwischen den einzelnen Stapeln angepasst wird. Es ist auch möglich, die Höhe der Paneele vom Boden aus bei Bedarf anzupassen.
Deutschland
Wissenschaftler der Hochschule Leipzig haben die möglichen Auswirkungen des massiven Einsatzes von West-Ost-orientierten vertikalen Photovoltaikanlagen auf den deutschen Energiemarkt untersucht. Sie haben herausgefunden, dass diese Installationen einen positiven Effekt auf die Stabilisierung des landesweiten Stromnetzes haben könnten, während sie gleichzeitig eine stärkere Integration mit landwirtschaftlichen Aktivitäten ermöglichen als herkömmliche bodenmontierte Photovoltaikanlagen.
Die Wissenschaftler fanden heraus, dass vertikale Photovoltaiksysteme die Solarleistung in den Wintermonaten in die Stunden mit dem höchsten Strombedarf und der größten Stromversorgung verschieben können, wodurch die Sonneneinschränkung verringert wird.
„Integriert man in das Energiesystemmodell einen Stromspeicher von 1 TW Lade- und Entladeleistung und 1 TWh Kapazität, reduziert sich der Effekt auf eine CO2-Einsparung von bis zu 2.1 Mt/a bei 70 Prozent Ostorientierung der vertikalen Module nach Westen und zu 30 Prozent nach Süden geneigt“, sagten sie. „Obwohl es für einige unrealistisch erscheinen mag, eine Rate von 70 Prozent vertikaler Kraftwerke zu erreichen, hat schließlich sogar eine niedrigere Rate positive Auswirkungen.“
Japan
In Japan errichtete Luxor Solar KK, eine Tochtergesellschaft des deutschen Modulherstellers Luxor Solar, auf dem Parkplatz einer Reisverarbeitungsfabrik von Eco Rice Niigata eine vertikale 8.3-kW-Photovoltaikanlage.
„Die Autos werden zwischen den vertikalen Systemen geparkt““, erklärte Uwe Liebscher, Geschäftsführer der Luxor Solar KK, gegenüber PV magazine. „Ziel dieses Systems ist es, die Haltbarkeit im Winter und die zusätzliche Energieleistung durch die Reflexion des Schnees aufzuzeigen.“ Niigata hingegen ist bekannt dafür, ein Gebiet mit hoher Schneelast zu sein, mit bis zu 2 oder 3 Metern Schnee im Winter.“
Das nach Süden ausgerichtete System besteht aus Luxor Solars eigenen Heterojunction-Solarmodulen sowie Montagesystemen des deutschen Spezialisten für vertikale Photovoltaik Next2Sun und Wechselrichtern des japanischen Unternehmens Omron. Die vertikale Montage wird eine neben der Anlage befindliche Reisverarbeitungsfabrik mit Strom versorgen. Die Stadt Nagaoka finanzierte das Projekt mit 2 Millionen Yen (14,390 $).
„Eine vertikale Installation nimmt nur einen minimalen Platz auf dem Ackerland in Anspruch, während mehr als 85 Prozent des Lichts, das die Pflanzen erreicht, erhalten bleiben, was ein optimales Gleichgewicht zwischen Solarenergie und Landwirtschaft gewährleistet, was in Japan von entscheidender Bedeutung ist“, erklärt er. „Damit können wir im großen Stil Agrivoltaik-Anlagen auf öffentlich nutzbaren Ackerflächen bauen, etwa für Weizen, Kartoffeln oder Reis.“
Frankreich
In Frankreich haben TotalEnergies und InVivo, ein Spezialist für Agrovoltaik, einen vertikalen 111-kW-Agrivoltaik-Demonstrator auf den Markt gebracht. Laut TotalEnergies wird die Pilotinstallation die Auswirkungen von Sonnenkollektoren auf den landwirtschaftlichen Ertrag sowie die Biodiversität, die Kohlenstoffspeicherung und die Wasserqualität des Standorts untersuchen.
„Wir sind überzeugt, dass die Synergien zwischen Ökostromerzeugung, Biogas und Landwirtschaft eine der Antworten sind, um unsere Energie- und Ernährungsunabhängigkeit zu gewährleisten“, sagte Thierry Muller, CEO von TotalEnergies Renouvelables France.
Schweden
Wissenschaftler der Universität Mälardalen (Schweden) haben ein Computational Fluid Dynamics (CFD)-Modell entwickelt, das die Analyse des Mikroklimas in vertikalen Photovoltaikprojekten erleichtert. CFD-Simulationen werden verwendet, um komplexe Gleichungen über die Strömung von Feststoffen und Gasen durch und um Körper zu lösen, die zur Analyse des Mikroklimas in Agrivoltaik-Systemen eingesetzt werden können.
„Agrivoltaik (AV)-Systemmodelle werden häufig für das Design neuer AV-Systeme sowie für die Entscheidungsfindung verwendet, da mikroklimatische Veränderungen basierend auf dem Standort und der Lösung des AV-Systems analysiert/vorhergesagt werden können“, Forscher Sebastian Zainalli gegenüber pv magazine.w
Die Studie beobachtete eine 38-prozentige Abnahme der Intensität der Sonneneinstrahlung in den Bodenbereichen, die von den vertikalen Photovoltaikmodulen beschattet wurden.
Schlüsselprinzipien
Das US National Renewable Energy Laboratory stellte fünf Prinzipien für den Erfolg der Agrovoltaik auf, darunter:
Klima, Boden und Umweltbedingungen: Die Umweltbedingungen eines Ortes müssen sowohl für die Solarerzeugung als auch für die gewünschten Pflanzen oder Vegetationsbedeckung geeignet sein.
Konfigurationen, Solartechnologien und Designs: Die Wahl der Solartechnologie, die Gestaltung des Standorts und andere Infrastrukturen können alles beeinflussen, von der Lichtmenge, die die Solarmodule erreicht, bis hin dazu, ob ein Traktor, falls erforderlich, unter den Modulen hindurchfahren kann. „Diese Infrastruktur wird die nächsten 25 Jahre vor Ort sein, also muss sie für die beabsichtigte Verwendung richtig gemacht werden. Der Erfolg des Projekts wird davon abhängen“, sagt James McCall, ein NREL-Forscher, der an InSPIRE arbeitet.
Pflanzenauswahl und Anbaumethoden, Saatgut- und Vegetationskonzepte und Managementansätze: Agrivoltaik-Projekte sollten Pflanzen oder Bodendecker auswählen, die unter den Panels in ihrem lokalen Klima gedeihen und die auf den lokalen Märkten rentabel sind.
Kompatibilität und Flexibilität: Agrovoltaik muss so konzipiert sein, dass sie sich an die widersprüchlichen Bedürfnisse von Solaranlagenbesitzern, Solarbetreibern und Landwirten oder Landbesitzern anpasst, um effiziente landwirtschaftliche Aktivitäten zu ermöglichen.
Zusammenarbeit und Partnerschaften: Damit jedes Projekt erfolgreich ist, sind Kommunikation und Verständnis zwischen den Gruppen von entscheidender Bedeutung.
Eine Quelle: https://www.pv-magazine-mexico.com