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Solarmodul plus Landwirtschaft – Agrophotovoltaik

Die Weltbevölkerung wird innerhalb von 15 Jahren voraussichtlich um 1,2 Milliarden Menschen wachsen. Zusammen mit der steigenden Nachfrage nach Fleisch, Eiern und Milchprodukten, die mehr als 70 Prozent des Süßwassers für den Anbau verbrauchen, und dem Strombedarf wächst diese Nachfrage sogar noch schneller als das Bevölkerungswachstum.

Was sollen wir gegen all das tun?

Nun, wir kombinieren zwei meiner Lieblingsdinge – Technologie und Lebensmittel -, von denen mir vorgeworfen wird, dass ich zu viel davon habe. Aber die Kombination von Sonnenkollektoren und Landwirtschaft könnte eine praktikable Lösung für all diese Probleme sein. Lassen Sie uns einen genaueren Blick auf die Elektrifizierung unserer Ernten werfen, nicht buchstäblich auf die Elektrifizierung unserer Ernten.

Lassen Sie uns einen genaueren Blick darauf werfen, wie wir unser Ackerland mit Solarenergie versorgen können, und auch auf einige der damit verbundenen Vorteile und Herausforderungen. Ich habe Farrell getroffen. Willkommen bei den Unentschlossenen. Das Problem mit Solarzellen ist, dass sie viel Platz benötigen, um eine beträchtliche Menge an Strom zu erzeugen. Die sogenannte HPV kombiniert Landwirtschaft mit Stromerzeugung, indem sie unter einem Vordach aus Solarzellen betrieben wird. Und es gibt einige wirklich interessante Beispiele aus jüngster Zeit, die dies überzeugend belegen.

Bevor wir uns damit befassen, ist es sinnvoll, die Herausforderungen im Zusammenhang mit Solarparks im Allgemeinen und einige der entwickelten Lösungen zu verstehen. Solarparks in ländlichen Gebieten gibt es nun schon seit fast zwei Jahrzehnten. Das Hauptproblem bei dieser Art von Solaranlagen besteht darin, dass der Boden unter den Paneelen nicht genutzt werden kann, vor allem wegen des geringen Platzes zwischen den Panelreihen, der für moderne landwirtschaftliche Geräte nicht groß genug ist, um hindurchzufahren. Jetzt ist es möglich, einen typischen Solarpark in eine Doppelnutzung umzuwandeln, wenn er als Lebensraum für die Beweidung durch Kleinvieh wie Hühner, Gänse und Schafe sowie für die Bienenzucht ausgewiesen wird.

Diese Tiere sind für Solarparks von Vorteil, da sie die Kosten für die Aufrechterhaltung des Pflanzenwachstums senken und keine Gefahr für die Solarmodule selbst darstellen. Das Gleiche kann man von etwas größeren Tieren wie Schweinen, Ziegen, Pferden oder Rindern nicht behaupten. Es ist bekannt, dass Rinder Sonnenkollektoren aufheizen, und wenn zwischen den Sonnenkollektoren mehr Platz ist, können dort Rosenkulturen angebaut werden. Allerdings ist der Raum unter den Paneelen immer noch nicht nutzbar und muss gepflegt werden. Dies wird als Alternative zur Flächennutzung und nicht als doppelte Flächennutzung betrachtet, da es Flächen gibt, die entweder für das eine oder das andere genutzt werden können, nicht aber für die gleichzeitige Nutzung von Solar- und Nutzpflanzen. Das Land zwischen den Reihen wird während einiger Stunden des Tages beschattet, was bedeutet, dass man die Eigenschaften des Landes und die Arten von Pflanzen, die dort angebaut werden können, verändert.

Was wäre also, wenn er mit unseren Solarmodulen in die Vertikale gehen würde? Das ist der Punkt, an dem wir anfangen, einige interessante Alternativen zu den üblichen bodenmontierten Solarparkanlagen zu finden. Die Verwendung von vertikal montierten bifacialen Modulen ermöglicht eine größere Anbaufläche. Falls Sie nicht wissen, was bifaciale Solarmodule sind: Sie können Sonnenenergie von beiden Seiten des Moduls sammeln. Diese Art der Isolierung eignet sich besonders gut für Gebiete, die unter Winderosion leiden, da die Strukturen die Windgeschwindigkeiten reduzieren, was zum Schutz des Landes und der dort angebauten Pflanzen beitragen kann. Die bifacialen Paneele können auch mehr Energie pro Quadratmeter erzeugen als herkömmliche einseitige Paneele und benötigen keine beweglichen Teile. Außerdem besteht die Möglichkeit, die Paneele auf Stelzen zu montieren, so dass landwirtschaftliche Maschinen darunter durchfahren können.

Bei dieser Konstruktion muss ein gewisser Abstand zwischen den Reihen eingehalten werden, um die Stützen vor den Maschinen zu schützen. Es bleibt also ein bescheidener Verlust an Ackerfläche, der in der Regel zwischen drei und 10 Prozent liegt. Derzeit wird an vielen Variationen dieses Themas geforscht, und anstelle von festen Paneelen können auch Montagepaneele mit beweglichen Ohren montiert werden. Dadurch können die Paneele in eine oder zwei Richtungen geneigt werden, was sowohl die Optimierung der Sonnenenergie als auch des Pflanzenwachstums ermöglicht. Dies kann für einige Pflanzen in der Anfangsphase des Wachstums sehr wichtig sein. Aber was ist mit dem Anbau von Pflanzen unter den erhöhten Paneelen? Man könnte meinen, dass die Sonnenkollektoren, die Schatten auf die Pflanzen werfen, etwas Schlechtes sind, aber die Funktionsweise der Photosynthese macht die Sache ein wenig interessant. Die Pflanzen bauen ihre Masse mit Hilfe des Sonnenlichts aus CO2 auf. Sie wachsen buchstäblich aus der Luft. Aber ab einem bestimmten Schwellenwert, dem so genannten Lichtsättigungspunkt, kann nicht mehr alles verfügbare Sonnenlicht in Biomasse umgewandelt werden. Die Pflanzen können keine weitere Energie mehr aufnehmen, also müssen sie die überschüssige Energie durch Verdunstung von Wasser loswerden. Und wenn wir das Ganze vereinfachen, können wir die Pflanzen in zwei Gruppen einteilen, die ich meine leichten, übergroßen Pflanzen und die ich meine entlassenen Kinder bestellen kann. Viele Pflanzen, die Gruppe der so genannten Schattenpflanzen sind besonders nützlich in Kombination mit Sonnenkollektoren, sagt die Platten offensichtlich blockieren einen Teil des verfügbaren Sonnenlichts.

Nun, Sonnenpflanzen werden manchmal auch als schattenverträgliche Pflanzen bezeichnet, was sie wie Idioten klingen lässt. Das ist aber ein kleiner Irrtum, denn diese Pflanzen brauchen einfach mehr Sonnenlicht als Schattenpflanzen, aber sie können auch unter zu viel Sonnenlicht leiden. Wann ist bei einer Pflanze die Grenze erreicht? Sie können wie ich unter Sonnenbrand und Hitzestress leiden, was zu einer erhöhten Wasserverdunstung führt. Laut einem Bericht des deutschen Fraunhofer-Instituts für Solarenergie können fast alle Nutzpflanzen unter Sonnenkollektoren angebaut werden, genau wie ich. Allerdings kann es in den weniger sonnigen Jahreszeiten bei sonnenhungrigen Pflanzen zu Ertragseinbußen kommen, und es gibt ein Solarprojekt, das zwischen 2016 und 2018 in der deutschen Bodenseeregion oder der Bonsey, wie die Deutschen sie nennen, durchgeführt wurde. Sie zeigten, dass in dem relativ nassen und kalten Jahr 2016 die RPV-Ernteerträge um 25 Prozent geringer waren als auf dem nichtsolaren Referenzfeld.

Aber in den trockenen und heißen Jahren 2017 und 2018 übertrafen die Erträge der RPV-Kulturen die des Referenzfeldes. Das ist ein Anzeichen dafür, dass die AP in heißen und trockenen Regionen eine Wende herbeiführen könnte, und die Erfahrungen mit bewundernswertem Geschmack sind noch recht begrenzt. Und die großen Erfolge wurden hauptsächlich mit schattentoleranten Pflanzen wie Salat, Spinat, Kartoffeln und Tomaten erzielt. Das führt uns zu einigen sehr vielversprechenden Beispielen, die ein überzeugendes Argument für eine gleichmäßige Besteuerung darstellen.

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Das Unternehmen KRON 11, eine Tochtergesellschaft der Baywatch-Gruppe mit Hauptsitz in München, hat mehrere Pilotprojekte mit lokalen Obstbauern gestartet. Der größte Standort befindet sich in dem Dorf Bubber im Osten der Niederlande, nahe der deutschen Grenze, und umfasst einen vier Hektar großen Himbeeranbau, was für diejenigen unter uns, die nicht so groß sind, etwa 10 Hektar bedeutet. Drei Hektar wurden in eine Zwei-Megawatt-Akrobatik-Farm umgewandelt.

Der restliche Teil wurde in einer traditionellen Landwirtschaft belassen. Himbeeren sind empfindliche, schattentolerante Früchte, die normalerweise in Reihen wachsen, die mit Plastik abgedeckt sind, um sie vor den Elementen zu schützen und einen hohen Ertrag zu gewährleisten. Bei diesem Projekt wurden die Himbeerpflanzen direkt unter den Sonnenkollektoren angebaut, die in abwechselnden Reihen nach Osten und Westen ausgerichtet sind. Dies maximiert den Solarertrag, schützt die Pflanzen aber auch vor den vorherrschenden Winden.

Bei diesem Projekt wurden herkömmliche Solarmodule getestet, aber sie nahmen zu viel des verfügbaren Sonnenlichts weg. Die Menge und die Qualität der auf den Paneelen produzierten Früchte war gleich oder besser als die der Früchte, die unter den traditionellen Plastiktunneln produziert wurden. Ein großer Vorteil für den Landwirt war die Arbeitserleichterung bei der Verwaltung der Plastiktunnel, die durch Hagel und Sommerstürme leicht beschädigt werden können. Und in diesen Fällen können die Früchte durch die Schäden unverkäuflich werden, müssen aber trotzdem geerntet werden. Bei den letzten Sommerstürmen wurden die Früchte in den Tunneln nicht beschädigt, während die Ernte auf dem Referenzfeld zerstört wurde. Ein weiterer großer Unterschied zwischen dem Akrobatik-Testfeld und dem Referenzfeld. Die Temperatur war unter den Sonnenkollektoren um einige Grad kühler. Das ist nicht nur angenehmer für die Landarbeiter, sondern reduziert auch die Menge an Bewässerungswasser um 50 Prozent im Vergleich zum Referenzfeld. Noch kühler ist der Einfluss der Pflanzen auf die Sonnenkollektoren. Die Pflanzen halten durch ihre begrenzte Wasserverdunstung die Paneele tatsächlich kühl. Solarmodule mögen eigentlich keine Hitze, da sie ihre Energieeffizienz verringert. Je kühler die Paneele sein können, desto mehr Energie wird sie liefern. Allein aus diesem Grund scheint die Akrobatik eine erfolgreiche Strategie zu sein. Wenn man auch nur einen Bruchteil unserer derzeitigen landwirtschaftlichen Flächen in Akrobatik umwandeln würde, könnte ein großer Teil unseres Energiebedarfs ziemlich leicht gedeckt werden. Und mit diesen zusätzlichen Vorteilen und dem geringeren Wasserverbrauch und Kiesabbau könnte sich die Situation in heißen und trockenen Regionen der Welt grundlegend ändern. Was hält uns also davon ab, dieses System mit doppeltem Verwendungszweck in großem Maßstab einzuführen? Wo ist der Haken? Es gibt immer einen Haken. Die Energieerzeugung ist ein anderes Spiel als die Landwirtschaft, was die Landwirte davon abhalten kann, die Technologie zu übernehmen. Aber die eigentlichen Hindernisse sind leider ganz banal und teilweise frustrierend. Es geht um den „not my backyard“-Effekt oder den NIMBY-Effekt, die Bürokratie und den freien Markt. Beginnen wir also mit den NIMBY-Leuten. Nicht alle Lösungen für erneuerbare Energien stoßen auf Gegenliebe. Das beste Beispiel ist natürlich der Anblick und die Geräusche von riesigen Windturbinen in der Nähe Ihres Hauses.

Durch den Widerstand der Einwohner von Reno County in Kansas wurde ein geplanter Windpark der nächsten Generation verhindert. Auch in der Landwirtschaft gibt es Beispiele, bei denen die geltenden Gesetze den Bau riesiger Biogasanlagen ermöglichten, die von der örtlichen Gemeinde nicht immer begrüßt wurden. Was auch immer der Grund für die Empörung und den Widerstand der Gemeinden ist, diese Art von Reaktion hat viele Projekte zum Scheitern gebracht oder verzögert und viele Kommunalverwaltungen davon abgehalten, sie voranzutreiben. Um also zu verhindern, dass sich die Gemeinden gegen die Agrarpolitik wenden, ist es wichtig, ihre Ausbreitung zu kontrollieren, insbesondere die Pseudoakrobatik, bei der große Solarparks unter dem Deckmantel der Landwirtschaft und zum Schutz der Interessen der Bevölkerung gebaut werden. Sie trägt dazu bei, die Unterstützung der Gemeinschaft zu gewinnen, was von entscheidender Bedeutung ist.

Das Fraunhofer Institut empfiehlt, dass eine gleichwertige Maßnahme vor allem dort eingesetzt werden sollte, wo Synergieeffekte erzielt werden können. Zum Beispiel durch die Verringerung des Wasserbedarfs aus der Pflanzenproduktion und zweitens, um eine angemessene lokale Förderung zu erhalten. Hackable-Take-Anlagen sollten vorzugsweise von lokalen Betrieben, Energiegenossenschaften oder regionalen Investoren betrieben werden.

Mit diesen Leitlinien im Hinterkopf kann der Widerstand der Gemeinden gegen die Akrobatik auf ein Minimum reduziert werden. Als Nächstes kommen Regeln, Vorschriften und Bürokratie ins Spiel, die von Land zu Land und sogar von Stadt zu Stadt unterschiedlich sein können. Im Rahmen ihrer Agrarpolitik gewährt die EU Direktzahlungen für die Bodennutzung, vor allem für die Landwirtschaft. Eine wichtige Frage ist also, ob landwirtschaftliche Flächen durch den Einsatz von Akrobatik ihren Anspruch auf finanzielle Unterstützung verlieren. Entscheidend ist, ob die Fläche überwiegend landwirtschaftlich genutzt wird. Hier in der EU gelten landwirtschaftliche Aufnahmesysteme in der Regel als bauliche Anlage im Sinne des Bauordnungsrechts und benötigen daher eine Baugenehmigung. In Deutschland beispielsweise sind sie in ländlichen Gebieten in der Regel verboten, es sei denn, sie stehen nicht im Widerspruch zu einer Liste von öffentlichen Interessen.

Ansteckbare Zecken stehen jedoch noch nicht auf dieser Liste der öffentlichen Interessen. Der letzte und vielleicht wichtigste Punkt ist der freie Markt, der ziemlich einfach zu verstehen ist, weil alles auf Kosten und Investitionen hinausläuft, genau wie bei der Installation von Solaranlagen auf Ihrem Haus. Die wichtigste Zahl, auf die man achten muss, sind die Kosten pro Kilowattstunde, denn Agricul take solar liefert im Vergleich zu herkömmlichen Solarparks nicht so viel Energie pro Quadratmeter. Zusätzlich zu den Baukosten können die Kosten pro Kilowattstunde etwa 10 bis 20 Prozent höher sein. Und dann ist da noch die große Frage, wer. Im niederländischen Beispiel war der Landwirt nicht der Investor oder Eigentümer der Isolierung, sondern der Eigentümer der Solarmodule. Die Bereitschaft eines Landwirts, sich zu beteiligen, hängt vor allem davon ab, dass er negative Auswirkungen auf die Ernteerträge vermeidet und die Betriebskosten für die Solarpaneele senkt. In diesem Fall konnte der Eigentümer der Solaranlage diese Vorteile nachweisen.

Das Fraunhofer-Institut stellte fest, dass die Landwirte nur bereit sind, sich an einem Projekt zu beteiligen. Der Ernteertrag fällt nie unter 80 Prozent des Referenzfeldes, aber auch nur dann, wenn der Landwirt Eigentümer der Solaranlage ist. Denn der Landwirt kann den Ernteausfall durch die erzeugte Energie ausgleichen. Das wirft auch die Frage auf, wie der Landwirt, der Eigentümer der Anlage ist, die Solarmodule für die Produktion von Solarenergie oder für den Ernteertrag optimieren kann, um die höchste Energieproduktion pro Quadratmeter zu erreichen. Solarparks haben sich für die höchste garantierte Ernteproduktion entschieden. Engagierte Landwirte gewinnen Es geht um Kosten und Investitionen ohne staatliche Eingriffe durch Subventionen oder Preisgarantien. Zulassungszecken haben gegen andere Solarinitiativen möglicherweise keine Chance.

Arrival Takes ist ein vielversprechendes Konzept, das das Potenzial hat, zwei Fliegen mit einer Klappe zu schlagen: Es hilft unserer Lebensmittelversorgung und dem Übergang zu saubereren Energiequellen. Der Hauptvorteil besteht darin, dass Solarmodule die Treibhausgasemissionen reduzieren, ohne dass dafür Ackerland geopfert werden muss, vor allem wenn man das Land, das derzeit für den Anbau von Biokraftstoffen wie Palmöl und Mais genutzt wird, in Land für die Produktion und den Verzehr von Lebensmitteln oder sogar für die Wiederaufforstung umwandelt. Das wäre ein großer Gewinn.

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