Agri-Photovoltaik

Agri-PV

Agri-Photovoltaik beschreibt ein Verfahren zur simultanen Nutzung landwirtschaftlicher Flächen für Nahrungsmittelproduktion und PV-Stromerzeugung. Die Technologie ermöglicht eine effiziente Doppelnutzung der landwirtschaftlichen Fläche: Photovoltaik auf Freiflächen kann substanziell ausgebaut werden, ohne wertvolle Ressourcen an fruchtbarem Ackerboden nennenswert zu verbrauchen. Durch gezieltes Lichtmanagement werden die Erträge aus PV und Photosynthese optimiert. Zusätzlich wird die Wertschöpfung in der Region und die ländliche Entwicklung gefördert, da Agri-PV-Projekte prädestiniert dafür sind, dezentral von Landwirten, Gemeinden sowie klein- und mittelständischen Unternehmen getragen zu werden. Für die Landwirtschaft ergeben sich neuartige ökonomisch tragfähige Bewirtschaftungsmöglichkeiten.

In Industrie- und Forschungsprojekten arbeiten wir an der Umsetzung und Weiterentwicklung der Technologie der Agri-Photovoltaik.

Strategieentwicklung

© Fraunhofer ISE
Aₗ = Landwirtschaftlich nutzbare Fläche
Aₙ = Landwirtschaftlich nicht nutzbare Fläche
h₁ = Lichte Höhe unter 2,10m
h₂ = Lichte Höhe über 2,10 m
1 = Beispiele zu Solarmodulen
2 = Aufständerung
3 = Beispiele landwirtschaftlicher Kulturen.

Workshops und Wissenstransfer

  • Aufbereitung des Stands der Forschung und Entwicklung zu verschiedenen Unterthemen je nach Wunsch und Fokus des Unternehmens
  • Präsentation und Austausch zu praktischen Erfahrungswerten z. B. hinsichtlich landwirtschaftlicher Bewirtschaftung oder im Umgang mit dem Rechtsrahmen
  • Zugang zu E-Learning-Plattform

 

DIN SPEC 91434: technische und rechtliche Konformitätsprüfung

  • Prüfung bestehender Agri-PV-Anlagendesigns hinsichtlich Konformität mit der DIN SPEC 91434 unter Berücksichtigung der technischen und – zusammen mit externen Partnern – rechtlichen Rahmenbedingungen (EEG, Direktzahlungsdurchführungsverordnung sowie Steuer- und Baurecht)
  • Simulation von zu erwartenden relativen Ertragsveränderungen und Abschätzung von Flächenverlusten durch Konstruktionselemente

 

GIS-gestützte Potenzialanalyse und Standorteignungsanalyse

  • Berechnung des Agri-Photovoltaik-Potenzials für verschiedene Potenzialebenen und Identifizierung geeigneter Standorte für Agri-PV
  • Berücksichtigung von Rahmenbedingungen aus regional wirksamen Nutzungsplänen etc.

Standortspezifische Machbarkeit

© Fraunhofer ISE
Agri-PV im Kompetenzzentrum Obstbau Bodensee (KOB), in Bavendorf.
© Fraunhofer ISE
SunFarming und Tierhaltung in Rathenow.

Landwirtschaftliche Analysen

  • Vorabschätzung und Analyse landwirtschaftlicher Kulturen hinsichtlich ihrer Eignung für den Anbau in Agri-PV-Systemen
  • Recherche und Evaluation von zu erwartenden Verschattungstoleranzen und Abschätzung zu erwartender Synergieeffekte
  • Standort und - systemspezifische Auswahl geeigneter Kulturen 
  • Abschätzung des landwirtschaftlichen Ertrags
  • Prüfung der Vereinbarkeit der Bewirtschaftungsweise mit dem Agri-PV-System

 

Lichtsimulation / konzeptionelles Agri-PV-Design

  • Lichtsimulationen zur Abschätzung der Lichtverfügbarkeit für das Pflanzenwachstum
  • Konzeptentwicklung standortangepasster Anlagen-Designs gemäß DIN SPEC 91434
  • Evaluierung und Optimierung bestehender System-Designs

 

Technologiebewertungen

  • Technische Analyse potenziell geeigneter Systemlösungen hinsichtlich des PV-Wirkungsgrades, der Betriebs- und Wartungsaspekte etc.
  • Bewertung der techno-ökonomischen Durchführbarkeit des konzipierten Systemdesigns für die Standort- und Kulturauswahl

 

PV-Ertragsprognose

  • Prognose des zu erwartenden PV-Ertrags von Agri-PV-Systemen
  • Berücksichtigung des absoluten jährlichen Systemertrages in kWh und der Systemverluste

 

Wassermanagementkonzepte

  • Erstellung einer Wasserbilanz aus Niederschlägen und Wasserbedarf der Pflanzen
  • Potenzialberechnung von Regenwasser-Auffang-Systemen und Speicherlösungen
  • Vor-Konzeptionierung eines integrierten Bewässerungssystems

Erweiterte Analysen

© Krinner Carport GmbH
Agri-Photovoltaik Prototyp der Krinner Carport GmbH im Projekt »HyPErFarm«.

LCA-Analysen

  • Bewertung von Agri-PV-Anlagen hinsichtlich potenzieller Umweltrisiken und ökologischer Wettbewerbsfähigkeit
  • Analyse der Material- und Energieströme sowie der potenziellen Emissionen während des gesamten Lebenszyklus der Anlage

 

Energiesystemintegration

  • Entwicklung von Ansätzen zur Integration der Agri-PV-Anlage in das Energiesystem des Betriebes mit Berücksichtigung des Energiebedarfs und der Integration von Batteriespeichern
  • Ausarbeitung von Ansätzen zur Steigerung des Eigenverbrauchs der erzeugten Energie zur Gewährleistung eines möglichst hohen Autarkiegrades

 

Nachgeführte Systeme

  • Konzeptentwicklung für pflanzenoptimierte PV-Modulnachführung
  • Techno-ökonomische Optimierung von Nachführungsschemen unter Berücksichtigung landwirtschaftlicher und elektrischer Erträge

Betrieb und Wartung

© Fraunhofer ISE
Wechselrichter einer Modellregion-Anlage in Kressbronn am Bodensee.
© Hochschule Geisenheim Universität
Agri-PV im Weinbau in Geisenheim.

Monitoringkonzepte

  • Entwicklung von Messkonzepten und Konzeption eines Sensorik-Layouts
  • Berücksichtigung von zu messenden Parametern auf PV- und Pflanzenebene
  • Erstellung eines Lageplans zur Integration des Setups an der vorhandenen Anlage

 

Sensorik-Technologie-Screening

  • Recherche von geeigneten Sensortechnologien zur Integration im Monitoringkonzept
  • Bewertung der Technologien hinsichtlich der elektrischen Leistung des Agri-PV-Systems 

Weitere Informationen zu diesem Forschungsthema

 

Leitfaden

Agri-PV

Chance für Landwirtschaft und Energiewende