Bifaziale Solarmodule zur Erschließung des landwirtschaftlichen Potenzials

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In einigen Teilen der Welt schreitet der Agri-PV-Bereich rasant voran, wo Landwirte bestrebt sind, erneuerbare Energie aus Sonnenkollektoren mit Bestäuberlebensräumen, Weideland und anderen landwirtschaftlichen Aktivitäten zu kombinieren. Die wirtschaftlichen Argumente für diese Dual-Use-Projekte müssen in einigen Regionen noch entwickelt werden, aber Untersuchungen in Chile deuten darauf hin, dass neue bifaziale Solarmodule dazu beitragen könnten, die Praxis auf der ganzen Welt auszuweiten.

Agrarvoltaik und bifaziale Solarmodule

Bifaziale Solarmodule sind eine relativ junge Entwicklung in der Solarindustrie. Die Idee besteht darin, diffuses oder reflektiertes Sonnenlicht einzufangen, das auf die Rückseite des Panels trifft, und nicht nur die Sonnenenergie auf der der Sonne zugewandten Seite einzufangen.

Aufgrund der zusätzlichen Energiegewinnungsmaterialien auf der Rückseite sind bifaziale Solarmodule teurer als ihre herkömmlichen Solar-Pendants. Forscher müssen auch herausfinden, wie sie zusätzliche Energie von der Rückseite einfangen können, ohne die Effizienz der Materialien auf der Vorderseite zu beeinträchtigen.

Die bifaziale Technologie bietet das Potenzial, den verfügbaren Platz zur Stromerzeugung effizienter zu nutzen, was bei Projekten mit doppeltem Verwendungszweck ein wichtiger Gesichtspunkt ist. Darüber hinaus sind die Kosten gesunken dem bifazialen F&E-Bereich reift (siehe mehr CleanTechnica bifaziale Abdeckung hier).

Der Agri-PV-Anschluss tauchte auf CleanTechnica Radar im Jahr 2020, als wir feststellten, dass der Solarentwickler BlueWave Solar plante in Grafton, Massachusetts, ein Solar-Plus-Farming-Projekt mit doppeltem Verwendungszweck, das aus einer neuen Agri-PV-Anlage mit insgesamt 14 Hektar Fläche bestand, die für Viehweide und Gemüseanbau reserviert war.

„Um eine weitere Wendung in der Farm + Solar-Saga zu nutzen, werden die Solarmodule bifazial sein, was bedeutet, dass ihre Rückseite vom Boden reflektierte Sonnenenergie umwandeln kann“, stellten wir fest. „Forscher erforschen bereits Möglichkeiten, diesen ‚Bodenalbedo‘-Effekt durch verschiedene Arten von Bodenbelägen, einschließlich Vegetation, zu verstärken.“ Dies könnte zu weiteren Verbesserungen der Solarzelleneffizienz auf landwirtschaftlichen Flächen führen.“

Auch bifaziale landwirtschaftliche Solaranlagen können Wasser sparen

Agri-PV-Anlagen nutzen erhöhte Solarpaneele und andere Designmerkmale, um landwirtschaftliche Aktivitäten innerhalb der Anlage zu ermöglichen. Die zusätzlichen Kosten der Hochregale werden durch den Wert der Weidehaltung, des Anbaus von Feldfrüchten oder der Kultivierung von Bestäubungshabitaten auf dem Land ausgeglichen, zusätzlich zu dem übergeordneten Wert, Ackerland vor zerstörerischer Entwicklung zu schützen.

Forscher erarbeiten auch Beweise dafür, dass die Kombination von Solarpaneelen und Landwirtschaft Gemeinsamkeiten mit der regenerativen Landwirtschaft aufweist, einer Reihe nachhaltiger Landbewirtschaftungsprinzipien, die auf den Praktiken indigener Kulturen basieren. Bei der regenerativen Landwirtschaft steht die Gesundheit des Bodens im Vordergrund. Sonnenkollektoren können dabei helfen, die Verdunstung zu reduzieren und auch den Bodenverlust durch Wind zu reduzieren. Der Schatten der Paneele schafft außerdem ein Mikroklima, das die Erträge einiger Pflanzen steigern kann.

Das bringt uns zu einigen neuen Forschungsergebnissen zum Zusammenhang zwischen vertikalen bifazialen Solarmodulen, Agrivoltiacs und Wasserschutz.

Die Dezember-Ausgabe der Zeitschrift Nachhaltige Energietechnologien und -bewertungen enthält einen genauen Blick auf die Verwendung vertikaler Solarmodule unter dem Titel „Vertikale Agri-PV und ihr Potenzial für die Stromerzeugung und den landwirtschaftlichen Wasserbedarf: Eine Fallstudie in der Gegend von Chanco, Chile.“

Alle Details können Sie dem Journal entnehmen, aber für diejenigen unter Ihnen, die viel unterwegs sind, verglichen die Forscher eine herkömmliche Solaranlage mit einer vertikalen, bifazialen Anlage.

Wie zu erwarten war, stellten sie fest, dass die herkömmliche Anlage mehr Strom erzeugte, die vertikale Anlage jedoch auf ganzheitlicher Ebene, einschließlich der Wassereinsparung, eine gute Leistung erbrachte. „Die Ergebnisse unterstreichen, dass vertikale AV [agrivoltaics] kann erneuerbare Energie erzeugen und gleichzeitig den Wasserbedarf der bewässerten Hauptkulturen der Region senken“, erklärten sie.

„Die Ergebnisse für das Klimajahr 2021 deuten darauf hin, dass ein nach Norden geneigtes Kraftwerk mehr Energie produzierte als ein bifaziales vertikales AV-Kraftwerk [agrivoltaic] Pflanze, letztere stellt jedoch deutlich weniger dar [sic] Auswirkungen auf landwirtschaftliche Aktivitäten“, betonten sie.

In einer interessanten Wendung deuten die Untersuchungen darauf hin, dass das Muster der Energieabgabe von vertikalen Solaranlagen tatsächlich von Vorteil in Regionen sein könnte, in denen das Netz während der Spitzenzeiten der Mittagserzeugung bereits übersättigt mit Solarstrom ist.

„Die analysierte vertikale AV hat aufgrund der zwei Spitzen der täglichen Stromproduktion, die die Erzeugung über den Tag verteilen, eine geringere Auswirkung auf das Netz und trägt nicht zur Überproduktion am Mittag bei“, erklärten die Forscher.

Die Forscher stellten außerdem fest, dass der Wasserschutz im Zusammenhang mit der Beschattung durch die windbrechende Wirkung der vertikalen Paneele verbessert wurde.

Agri-PV in Chile: Wer soll das alles bezahlen?

Die große Frage ist, ob sich Agri-PV wirtschaftlich lohnt, und die Antwort kann äußerst kompliziert sein. Die weithin akzeptierte Formulierung besteht darin, die Stromgestehungskosten (LCOE) zu berechnen, die eine Grundlage für den Vergleich der Kosten verschiedener Arten von Energieressourcen und Energieprojekten bieten.

Wann jedoch CleanTechnica Als wir letzten Monat an der Ocean Energy Europe-Konferenz 2023 teilnahmen, bekamen wir Wind davon, dass ein Gegenargument aufkam. Auf der Konferenz brachten Interessenvertreter der Wellen- und Gezeitenenergiebranche dies vor Die Stromgestehungskosten sind nur ein zu berücksichtigender Faktor, insbesondere wenn andere Energieoptionen unpraktisch sind.

Eine ähnliche Abschwächung der Stromgestehungskosten könnte in Chile zum Tragen kommen, wo Imker aufgrund einer anhaltenden Dürre, Pestiziden, Düngemitteln und anderen Faktoren Bienenstöcke verlieren.

Die komplementären Bereiche regenerative Landwirtschaft, ökologischer Landbau und Agri-PV könnten dazu beitragen, den Druck auf die Honigindustrie des Landes zu verringern. Zusätzlich zu die Bedeutung der Bienen Für die Agrarindustrie des Landes ist chilenischer Honig auch zu einem bedeutenden Agrarexport des Landes geworden CleanTechnica gelernt während einer chilenischen Landwirtschaftsveranstaltung in New York, die von veranstaltet wurde die ProChile-Werbebranche des Außenministeriums des Landes.

Werfen wir vor diesem Hintergrund einen Blick auf ein Forschungsprojekt, das die herkömmliche LCOE-Berechnung durch einen ganzheitlicheren Ansatz ersetzt. Die Studie wurde letztes Jahr auf einer Konferenz des American Institute of Physics unter dem Titel „Preis für Abdeckung von Ackerflächen mit einer Agri-PV-Anlage: PV-Module ersetzen Beschattungsnetze im chilenischen Blaubeeranbau.“

Die Studie untersuchte den Einsatz von Sonnenkollektoren als wirtschaftliche Alternative zu den Einweg-Kunststoffnetzen, die Bauern in Chile typischerweise verwenden, um ihre Blaubeerkulturen vor übermäßiger Sonneneinstrahlung zu schützen.

„… die alleinige Betrachtung der PV-Ökonomie wird den synergetischen Effekten, die Agri-PV auf die Landwirtschaft haben kann, nicht gerecht“, betonen die Autoren. „Verschiedene Untersuchungen haben ergeben, dass Agri-PV eine Alternative zum Pflanzenschutz in (semi-)ariden und trockenen Regionen sein könnte.“

Die Forscher entwickelten neue Metriken, die die Agri-PV-Lösung mit der konventionellen Praxis vergleichen, wobei sie als Modell einen Blaubeergarten in Ovalle in der Region Coquimbo in Chile verwendeten.

„…Abhängig von der lokalen Kostenstruktur des Pflanzenschutzes mit Kunststoffabdeckung kann die Agri-PV erhebliche Synergien schaffen, wenn die Kunststoffabdeckung und damit die entsprechenden Kosten vermieden werden können“, schlussfolgern die Forscher. Während Kunststoffnetze ein Jahr lang kostengünstig sind, fallen in den Folgejahren weiterhin Kosten für Ersatz und Installation an. Im Gegensatz dazu haben Solaranlagen in der Regel eine Lebensdauer von 20 bis 25 Jahren.

„Wir heben die Auswirkungen der Reduzierung zusätzlicher Investitionsausgaben hervor und kommen zu dem Schluss, dass, wenn die zusätzlichen Investitionsausgaben auf etwa unter 150 $/kWp begrenzt werden können, der Preis für Pflanzenschutz mit Agri-PV-Systemen mit dem Preis für Pflanzenschutz mit Beschattungsnetzen konkurrieren kann“, bekräftigten sie.

Die Forscher warnten auch, dass weitere Forschung erforderlich sei. Wir werden die neuen Entwicklungen in Chile im Auge behalten, wo sich das deutsche Frauhofer-Institut befindet Durchführung einer Multi-Site-Studie. Wenn Sie in der Zwischenzeit von neuen Entwicklungen im Agri-PV-Bereich wissen, schreiben Sie uns bitte eine Nachricht im Kommentarthread.

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Bild: Bifaziale Photovoltaikmodule Sammeln Sie Sonnenenergie auf beiden Seiten, mit freundlicher Genehmigung von NREL.