Innovationslabor APV 2.0 – Kopplung von Pflanzenproduktion und Photovoltaik

Das »Innovationslabor APV 2.0« zielt darauf ab, anhand verschiedener Agri-Photovoltaik-Systeme die Optimierung von landwirtschaftlicher Resilienz und Erträgen bei gleichzeitigem Ausbau erneuerbarer Energien zu erreichen. Gekoppelte Strahlungs- und Simulationsmodelle zur Lichtverfügbarkeit und -verteilung ermöglichen eine analytische und allumfassende Planungsmethodik, die der doppelten Landnutzung von APV gerecht wird. Die installierten Sun-Tracking-Module werden durch neuartige Nachführungsalgorithmen gesteuert, was eine optimierte Lichtnutzung für solare Energiegewinnung und Pflanzenproduktion ermöglicht. Das Regenwasser-Auffangsystem des Innovationslabors APV 2.0 ermöglicht die Erforschung von synergetischen intelligenten Bewässerungssystemen in der Agri-Photovoltaik.

Das Rheinische Revier steht infolge der langjährigen Prägung durch den Braunkohleabbau im Strukturwandel vor besonders großen Veränderungen. Die vom Forschungszentrum Jülich koordinierte Strukturwandelinitiative BioökonomieREVIER Rheinland strebt über 15 Innovationsansätze einen schnellen Transfer wissenschaftlicher Ideen in eine wirtschaftliche Praxis an, um die genannten Veränderungsprozesse nachhaltig zu gestalten. So soll aus den Fördermitteln des Sofortprogramms zum Kohleausstieg vom BMBF die erste Modellregion für biobasiertes, nachhaltiges Wirtschaften erwachsen. So soll das Innovationslabor APV 2.0 bestehende Flächennutzungskonflikte lösen: Die hochwertigen Böden im Rheinland eignen sich einerseits hervorragend für eine ertragsreiche landwirtschaftliche Bewirtschaftung, andererseits stellt auch die Dezentralisierung von Energiegewinnungs-Systemen Anforderungen an die begrenzte Ressource Fläche. Agri-Photovoltaik (Agri-PV), eine Kopplung der Sektoren Energie- und Landwirtschaft, kann durch aufgeständerte PV-Module über der landwirtschaftlichen Anbaufläche diesen Flächendruck reduzieren. Gleichzeitig werden innovative Ansätze zur integrierten Bioökonomie realisiert.

Auf der ca. 1 ha großen Agri-PV-Forschungsanlage bei Alt-Morschenich unweit vom Braunkohle-Tagebau Hambach werden verschiedene PV-Systeme installiert. So können bifaziale Tracking- und Non-Tracking-Module, verschiedene Ausrichtungen (nach Süden bzw. Ost-Westen) auf ihren Einfluss auf Wachstum und Ertrag der unter ihnen angebauten Nutzpflanzen (insbesondere Wertstoffpflanzen, Obst, Gemüse) untersucht werden. Eine in die Unterkonstruktion integrierte Phänotypisierungsanlage ermöglicht die differenzierte Aufnahme von tageszeitlichen und saisonalen Veränderungen im Pflanzenbestand. Um ein effizientes Tracking für den integrativen Charakter von APV zu ermöglichen, werden neuartige Nachführungsalgorithmen mit einer kombinierten Lichtsimulation für PV und Pflanzenentwicklung erforscht. Schließlich kann eine Veränderung des Modulneigungswinkels das Sonnenangebot für die Pflanze bei kritisch niedriger Einstrahlung erhöhen, sie aber auch durch eine Horizontalstellung vor Extremwettern (Hitze, Hagel) schützen. Auch die solare Energiegewinnung durch den Einfallswinkel der Sonne ist über die Modulsteuerung veränderlich und wird in der Forschungsanlage quantifiziert. Die integrierte Regenwasserspeicherung wird über Sensoren gesteuert, um mit dem gesammelten Wasser eine intelligente Bewässerung zu erforschen und implementieren. Neben den agrarwissenschaftlichen, technischen und techno-ökonomischen Überlegungen werden auch Akzeptanzfragestellungen untersucht. Neuartige Konzepte zur Systematisierung von Darstellungsweisen sollen gewährleisten, dass Visualisierungen von Agri-PV-Anlagen den Themenkomplex ganzheitlich, informativ und realitätsnah für verschiedene Stakeholdergruppen darstellen.