Der Ausbau der Solarenergie in Spanien und weiten Teilen Europas hat ein bedeutendes Dilemma aufgeworfen: Wie kann die Installation von Photovoltaikanlagen fortgesetzt werden, ohne Ackerland zu zerstören?In Gebieten mit reichlich verfügbarem Land, wie es in großen Ländern außerhalb der EU der Fall ist, ist der Konflikt weniger ausgeprägt, aber in einem Agrarland mit begrenztem Land wie Spanien zählt jeder Hektar.
In den letzten Jahren ist die Agri-Photovoltaik nach und nach zu einem Thema in technischen Debatten, Branchenkonferenzen und öffentlichen Förderprogrammen geworden, wie zum Beispiel ein realistischer Weg zur Vereinbarkeit von Landwirtschaft und Photovoltaik-StromerzeugungZu diesem Trend gesellen sich neue Technologien wie halbtransparente Paneele und spezielle Konstruktionen für Nutzpflanzen, die darauf abzielen, die Beschattung zu minimieren, ohne dabei die Wettbewerbsfähigkeit der Stromerzeugung zu beeinträchtigen.
Was ist Agrivoltaik und warum ist sie für die spanische Landschaft von so großem Interesse?
Wenn wir von Agri-Photovoltaik sprechen, meinen wir Systeme, die Sie kombinieren landwirtschaftliche Aktivitäten und Solarenergieerzeugung auf derselben Fläche. SolargärtenEs geht nicht nur darum, Paneele auf dem Boden zu platzieren, sondern darum, Strukturen, Dichten und Paneeltypen so zu gestalten, dass die Pflanze das Licht, Wasser und die Belüftung erhält, die sie benötigt, um normal oder sogar besser zu produzieren.
Angesichts immer anspruchsvollerer Klimaziele – die Europäische Union strebt an, bis Mitte des Jahrhunderts einen erheblichen Teil ihres Stroms aus erneuerbaren Energien zu gewinnen, um Klimaneutralität zu erreichen – hat sich die Photovoltaik zu einem zentralen Bestandteil entwickelt. Der drastische Preisverfall bei Solarmodulen, der vor allem auf asiatische Überproduktion zurückzuführen ist, hat deren weitverbreiteten Einsatz erleichtert, aber gleichzeitig den Druck auf die Solarenergie verstärkt. Landwirtschafts-, Vieh- und Forstflächen.
Daher wird die Agrivoltaik zunehmend als eine Art „Treffpunkt“ zwischen zwei Welten betrachtet, die bis vor Kurzem noch als im Konflikt stehend wahrgenommen wurden: Ernährungssicherheit und die EnergiewendeErfahrungen in Spanien zeigen, dass die Installation von Solarmodulen bei guter Planung die Ernte vor übermäßiger Strahlung schützen, zur Wassereinsparung beitragen und den Landwirten eine zusätzliche Einnahmequelle bieten kann.
Darüber hinaus wird diese Technologie in Regionen mit zunehmender Wasserknappheit und häufigeren Hitzewellen als wertvoll angesehen. Instrument zur Anpassung an den Klimawandelüber seine Rolle bei der Emissionsreduzierung hinaus.
Die größte technische Herausforderung: die Beschattung der Nutzpflanzen.
Das Haupthindernis für konventionelle Photovoltaiksysteme im praktischen Einsatz ist leicht zu verstehen: Die Paneele spenden Schatten, und nicht alle Pflanzen vertragen ihn gleichermaßen.Erhält die Pflanze weniger Strahlung als sie benötigt, sinkt ihre Photosynthesekapazität und damit auch ihr Ertrag.
Die ersten Versuche mit landwirtschaftlicher Spannung konzentrierten sich auf die Anpassung von Höhe, Abstand und Neigung der Paneele, um Teilschatten zu erzeugen, sowie auf die Auswahl von Pflanzen, die relativ tolerant gegenüber gefiltertem Licht sind. Zusätzlich wurden bifaziale Paneele getestet, die in der Lage sind, vom Boden reflektiertes Licht zu nutzen, obwohl dies das Dilemma zwischen Solarstromerzeugung und Zugang zu Licht für die Pflanzen.
Der Schlüssel liegt darin, eine Gleichgewicht Dort, wo die Pflanzen ausreichend Licht für die Photosynthese erhalten und die Photovoltaikanlage eine angemessene Rendite erwirtschaftet. Hier kommt die Entwicklung spezifischer Materialien und Designs ins Spiel, beispielsweise von halbtransparenten oder wellenlängenselektiven Paneelen.
Mehrere Studien stimmen in der Empfehlung eines Richtwerts überein: Die meisten Nutzpflanzen benötigen etwa 60 % nutzbare Lichtdurchlässigkeit. Um die normale Leistung aufrechtzuerhalten. Unterhalb dieses Wertes schnellen die Leistungsverluste in die Höhe; oberhalb ist die Integration mit Photovoltaik vielversprechender.
Der Vorschlag der Universität Jaén: Halbtransparente RearCPVbif-Paneele
In diesem Zusammenhang hat ein Team der Universität Jaen hat eine Lösung vorgestellt, die das Problem bereits im Design der Paneele selbst angehen will. Ihr Vorschlag basiert auf einer neuen Generation von semitransparenten Photovoltaikmodulen, die Folgendes ermöglichen: Strom erzeugen und gleichzeitig das für die Pflanzen notwendige Licht durchlassen.
Die auf der wissenschaftlichen Plattform Science Direct veröffentlichte Studie analysiert die Technologie anhand zweier grundlegender Parameter: der durchschnittliche sichtbare Lichtdurchlässigkeit und durchschnittliche photosynthetische TransmissionIn der Praxis messen diese Indikatoren, welcher Prozentsatz der für Pflanzen nutzbaren Strahlung nach dem Durchdringen des Materials und der Solarzellen die andere Seite des Panels erreicht.
Die vorgestellte Innovation ist in einem System mit dem Namen verkörpert RearCPVbif (Rückseitiger Konzentrator-Photovoltaik-Bifacial)Diese Technologie gehört zur Familie der STPVs (semitransparenten Photovoltaikmodulen), verfolgt aber einen ganz eigenen Ansatz. Im Gegensatz zu anderen Lösungen, die lediglich Lücken erzeugen oder die Zelldichte reduzieren, integriert diese Technologie … optische Konzentratoren an der Rückseite des Moduls.
Vereinfacht ausgedrückt wird das Licht, das nicht direkt auf die Vorderseite des Panels fällt, auf die Rückseite bifazialer Zellen umgeleitet, wodurch die Stromproduktion erhöht wird, ohne die Transparenz zu beeinträchtigen. Die Forscher betonen, dass ihr Design Es erreicht eine optische Transparenz von rund 60%., ein Wert, der mit dem Photosynthesezyklus der meisten Gartenbaukulturen kompatibel ist.
Transparenz, Effizienz und Temperatur: das heikle Gleichgewicht
Der Forschungsansatz der Universität Jaén unterscheidet sich von anderen „transparenten“ Ansätzen, die die Industrie in den letzten Jahren evaluiert hat. Auf der einen Seite gibt es nicht-wellenlängenselektive Paneele, die Sie absorbieren einen großen Teil des Sonnenspektrums. Sie reduzieren die Farbe des Materials oder fügen Zwischenräume zwischen den Zellen ein, um die Transparenz zu erhöhen. Das Problem ist, dass diese Transparenz für die Pflanzen oft nicht ausreicht.
Am anderen Ende des Spektrums stehen die selektiven Gremien, Sie absorbieren bevorzugt ultraviolette und nahinfrarote Strahlung.Dadurch kann ein größerer Anteil des sichtbaren Lichts hindurchtreten, was für Pflanzen besonders wichtig ist. Solche Lösungen bieten eine geeignetere Grundlage für die Agri-Photovoltaik, obwohl ihre industrielle Anwendung noch in der Entwicklung ist.
Der RearCPVbif-Vorschlag basiert genau auf dieser selektiven Logik, ergänzt diese jedoch durch den Einsatz von rückseitigen optischen Konzentratoren, um die verfügbare Energie zu maximieren, ohne die Umgebung der Pflanzen zu verdunkeln. Laut dem Team um die Forscher Álvaro Varela-Albacete und Eduardo Fernández, Die derzeitige STPV-Technologie wird nicht ausreichend genutzt. Und in landwirtschaftlichen Anwendungen kann es in Kombination mit diesem Konzentratortyp deutlich bessere Ergebnisse erzielen.
Ein weiterer Aspekt, den die Autoren sorgfältig berücksichtigt haben, ist das thermische Verhalten des Systems. Eine der häufigsten Bedenken bei der Installation von Photovoltaik-Dächern über Nutzpflanzen ist das Risiko der Wärmeentwicklung. unerwünschter TreibhauseffektDie Mikroklimabedingungen unter den Paneelen wurden verändert. In den durchgeführten Tests blieb die Zelltemperatur unter 70 °C, ein wichtiger Referenzwert, um negative Auswirkungen auf die unmittelbare Umgebung zu vermeiden.
Diese Art von Temperaturgrenzen trägt zur Leistungsfähigkeit von Agri-Photovoltaik-Anlagen bei. werden nicht zu Dächern, die die Hitze einschließen übermäßig, etwas, das in Gebieten, die ohnehin schon heiß sind und wenig Wasser zur Verfügung haben, besonders heikel ist.
Vom Labor aufs Feld: Versuche an realen Nutzpflanzen und ein Schwerpunkt auf intensivem Gartenbau
Eine der Stärken dieser Entwicklung ist, dass Es hat bereits das Interesse von Unternehmen und Organisationen in diesem Sektor geweckt.Die Forscher haben bestätigt, Kontakte zu verschiedenen Institutionen geknüpft zu haben, um sowohl die industrielle Skalierung der Module als auch deren Integration in reale Betriebsabläufe zu beschleunigen.
Der Fahrplan umfasst nun Versuchskampagnen mit kommerziellen Nutzpflanzen, in denen nicht nur die Stromerzeugung, sondern auch wichtige agronomische Parameter wie Ertrag, Produktqualität, Bewässerungsbedarf, Bodentemperatur und -feuchtigkeit bewertet werden. Ziel ist es, verlässliche Daten zu gewinnen, die Folgendes ermöglichen: Das Design an die spezifischen Bedürfnisse jeder Kulturpflanze und Region anpassen.
Regionen wie AlmeríaDiese Gebiete, die sich durch intensiven Gewächshausanbau und den zunehmenden Einsatz von Photovoltaikanlagen auszeichnen, erweisen sich als ideale Einsatzgebiete für diese Technologie. Dort ermöglicht das Nebeneinander von großflächigen Agrarfolien und Solaranlagen die Entwicklung von Hybridmodellen, bei denen Teile der Dächer oder Konstruktionen Doppelfunktionen erfüllen können.
Sollten die Versuche die vorläufigen Ergebnisse bestätigen, könnten Agri-Photovoltaikanlagen mit halbtransparenten Paneelen zu einem entscheidenden Instrument werden für Das sogenannte „Meer aus Plastik“ existiert neben einem regelrechten „Meer aus Paneelen“.ohne die gartenbauliche Produktion zu gefährden.
Erlebnisse und Daten aus Spanien: von Murcia zu den Weinbergen und Olivenhainen
Über die Materialforschung hinaus beginnt Spanien, sich anzusammeln Praxiserfahrungen, die zeigen, dass Agrivoltaik funktionieren kann unter realen Bedingungen. Eine der Regionen, in denen die größten Fortschritte erzielt werden, ist die Region Murcia mit ihrer hochtechnologischen Landwirtschaft und mehr als 3.300 Sonnenstunden pro Jahr.
An der Universität Murcia und verschiedenen Forschungszentren wurden Ergebnisse präsentiert, die sowohl agronomische als auch wirtschaftliche Vorteile aufzeigen. Im Rahmen von Fachkonferenzen brachte der spanische Photovoltaikverband (UNEF) Forscher, Regierungsbehörden und Unternehmen zusammen, um zu analysieren, wie diese Modelle funktionieren. Sie bieten dem Landwirt ein zusätzliches Einkommen. ohne ihn zu zwingen, seine Haupttätigkeit aufzugeben.
Versuche, die in Trockenlandkulturen sowie in Weinbergen und Olivenhainen durchgeführt wurden, zeigen, dass die strategische Platzierung von Paneelen die Evapotranspiration um bis zu 30 % reduzierenUm den Wasserverlust aus dem Boden besser zu kontrollieren und die Pflanzen vor extremer Hitze zu schützen. Und all dies, ohne die Erträge zu mindern, sondern sie unter bestimmten klimatischen Stressbedingungen sogar zu steigern.
In Pilotweinbergen wurden beispielsweise Paneele integriert, ohne die Traubenproduktion oder die Weinqualität zu beeinträchtigen, und gleichzeitig wurde Folgendes erreicht: höhere Feuchtigkeitsspeicherung im BodenIn Olivenhainen berichten einige Studien von Produktionssteigerungen von rund 5 % sowie von einer besseren Reaktion der Pflanzen auf widrige Wetterbedingungen – ein wichtiger Faktor für Regionen, die stark von Olivenhainen abhängig sind.
Parallel dazu arbeitet die Zentralverwaltung an konkreten Kriterien, um sicherzustellen, dass in diesen Projekten Die Landwirtschaft hat weiterhin Priorität und ist mit der GAP vereinbar.Diese Rechtssicherheit ist unerlässlich, um Genossenschaften und einzelne Landwirte zu ermutigen, in Agri-Photovoltaik-Lösungen zu investieren, ohne Angst vor dem Verlust europäischer Fördermittel haben zu müssen.
Murcia als Labor: Agrivoltaikprojekte in Gewächshäusern und Versuchsflächen
Die Regionalregierung von Murcia ist einen weiteren Schritt gegangen, indem sie ausdrücklich dafür geworben hat Agrivoltaische Energie als Instrument zur Optimierung der landwirtschaftlichen FlächennutzungDas Ministerium für Umwelt, Universitäten, Forschung und Mar Menor hat das Potenzial dieser Technologie in einer Region mit hoher Sonneneinstrahlung und hochentwickelter Bewässerungslandwirtschaft hervorgehoben.
Das Murcianische Institut für Agrar- und Umweltforschung und -entwicklung (IMIDA) koordiniert mehrere wegweisende Projekte. Eines davon, angesiedelt in La Alberca, konzentriert sich auf die GewächshausgartenbauDie ersten Ergebnisse deuten auf Ertragssteigerungen hin, die laut den Versuchen je nach Kulturpflanze und Anlagendesign zwischen 20 % und 60 % liegen.
Die Paneele liefern nicht nur Energie für den Betrieb, sondern auch Sie reduzieren Hitze- und Strahlungsstress bei Pflanzen.Dies ermöglicht den Anbau von Nutzpflanzen, die bisher in halbtrockenen Klimazonen schwer anzubauen waren. Halbschatten trägt dazu bei, Temperaturspitzen abzumildern und das verfügbare Wasser besser zu nutzen.
Ein weiteres bemerkenswertes Projekt ist dasjenige mit dem Namen PS AgrovoltaicaDie Anlage wurde im Landwirtschaftlichen Demonstrations- und Transferzentrum El Mirador (CDTA) in San Javier installiert. Es handelt sich um eine experimentelle Infrastruktur mit einer Leistung von ca. 36 Kilowatt, die Folgendes kombiniert: Solartracker, opake Module und halbtransparente Paneele, zusammen mit einer Kontrollzone ohne Photovoltaikanlage.
Diese Konfiguration ermöglicht die detaillierte Überwachung von Umwelt- und Produktionsparametern und erlaubt den Vergleich, wie Höhe, Ausrichtung, Paneeltyp und Strukturdichte das Mikroklima und den Pflanzenertrag beeinflussen. Die generierten Daten dienen als Referenz für Entwicklung replizierbarer Systeme für andere landwirtschaftliche Betriebe in Murcia und Regionen mit ähnlichen Bedingungen.
Institutionelle Unterstützung und öffentliche Beihilfen für Agri-Photovoltaik-Projekte
Der Einsatz von Agri-Photovoltaik in Spanien lässt sich nicht allein durch technische oder agronomische Interessen erklären: Öffentliche Hilfe spielt eine wichtige Rolle Um Investitionen zu beschleunigen und Risiken für Landwirte zu reduzieren, hat das Institut für Energiediversifizierung und -einsparung (IDAE) mehrere gezielte Ausschreibungen für innovative Projekte im Bereich erneuerbarer Energien veröffentlicht.
In einer der jüngsten Förderlinien für innovative erneuerbare Energien hat das IDAE Folgendes zugewiesen: 148,5 Millionen Euro für 199 ProjekteViele dieser Projekte beziehen sich auf Agri-Photovoltaik-Lösungen mit Energiespeicherung. Davon entfallen rund 77,1 Millionen Euro auf 62 Projekte, die direkt mit landwirtschaftlichen Betrieben mit Baum- und Gartenbaukulturen verbunden sind.
Parallel dazu wurden mehr als 87 Millionen Euro für eine Gruppe von 73 Initiativen bereitgestellt, die Folgendes kombinieren: Agrivoltaik und schwimmende PhotovoltaikMit einer installierten Leistung von über 160 MWp und mehr als 180 MWh zugehöriger Speicherkapazität sollen diese Investitionen, die größtenteils aus Mitteln des Europäischen Wiederaufbauplans finanziert werden, die technische und wirtschaftliche Machbarkeit hybrider Land- und Wassernutzungsmodelle demonstrieren.
Landwirtschaftliche Genossenschaften betonen, dass Agri-Photovoltaikanlagen als ... funktionieren können. Einkommenszuschuss für Landwirte mit geringem Einkommen oder niedriger RenteMan sollte nicht vergessen, dass Photovoltaik bereits Ende der 2000er-Jahre für viele Fachleute eine stabilisierende Rolle spielte. Angesichts der volatilen Energiepreise und des Klimawandels werden diese Lösungen nun wieder attraktiver.
Das Ministerium für den ökologischen Wandel und die demografische Herausforderung (MITECO) besteht darauf, dass die Umsetzung unter Gewährleistung des Vorrangs der landwirtschaftlichen Tätigkeit erfolgen muss. Sicherstellung der regulatorischen Kompatibilität mit der CAPDiese Arbeitsrichtung zielt zusammen mit der Entwicklung nationaler Initiativenkarten und technischer Leitfäden darauf ab, denjenigen Sicherheit zu geben, die den Umstieg auf Agrivoltaik erwägen.
Messbare Vorteile: Wasser, Mikroklima und neue ländliche Wirtschaftsmodelle
Daten aus Studien in Spanien und anderen vergleichbaren Kontexten weisen auf eine Reihe wiederkehrender Vorteile hin. Einer der am häufigsten genannten ist der verbessertes WassermanagementDer durch die Paneele erzeugte Teilschatten verringert die Evapotranspiration und damit die Wassermenge, die Pflanzen durch Wärme und Strahlung verlieren.
In Bewässerungssystemen bieten schwimmende Photovoltaikanlagen auf Flößen zusätzliche Vorteile: durch die teilweise Bedeckung der Oberfläche, Es verringert die Verdunstung und hilft, das Algenwachstum einzudämmen.Dies sind häufige Probleme in warmen Klimazonen. Gleichzeitig ermöglicht die vor Ort erzeugte Energie die Elektrifizierung von Pumpen und effizientere Bewässerungssysteme.
Aus klimatischer Sicht trägt die Kombination aus Beschattung und Belüftung unter Photovoltaikanlagen dazu bei, um extreme Hitzewellen zu lindernDies ist insbesondere angesichts zunehmend langer und trockener Sommer relevant. Bei einigen Nutzpflanzen beobachteten Forscher ein geringeres Auftreten von Hitzestress und eine stabilere Leistung während Hitzewellen.
All dies eröffnet wirtschaftliche Chancen für ländliche Gebiete. Agri-Photovoltaik erzeugt nicht nur Strom für den Eigenverbrauch oder den Verkauf ins Netz, sondern auch Es öffnet die Tür für neue Geschäftsmodelle und Kooperationen zwischen Landwirten und Energieunternehmen.In Gebieten, die von der Aufgabe der Landwirtschaft bedroht sind, gelten solche Projekte als Möglichkeit, die landwirtschaftliche Aktivität und die Beschäftigung zu erhalten.
Der CEO des UNEF betonte, dass es bei ordnungsgemäßer Landnutzungsplanung keinen Widerspruch zwischen Landwirtschaft und Photovoltaik gebe, und merkte an, dass der Großteil der landwirtschaftlichen Nutzfläche weiterhin ausschließlich der Nahrungsmittelproduktion dienen werde. Die Herausforderung bestehe seiner Ansicht nach darin, den geringen Anteil, der für Agri-Photovoltaik vorgesehen sei, optimal zu nutzen. Dienen Sie als Beispiel für die Koexistenz beider Nutzungsarten..
Die Entwicklung der Agri-Photovoltaik in Spanien und anderen europäischen Ländern zeigt zunehmend, dass die Wahl zwischen Solarmodulen und Nutzpflanzen nicht unausweichlich ist: Mit Technologien wie den halbtransparenten RearCPVbif-Modulen, gut konzipierten agronomischen Versuchen und einem Förder- und Regulierungsrahmen, der der landwirtschaftlichen Tätigkeit Priorität einräumt, ist dies möglich. saubere Energie und Nahrungsmittel auf demselben Land zu produzieren, die Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Klimawandel zu verbessern und eine neue Einkommensquelle für ländliche Gebiete zu bieten. ohne seine essentielle Funktion in der Nahrungskette zu beeinträchtigen.
