Hydrogen and Photovoltaic Electrification on Farm (HyPErFarm)

Hintergrund und Motivation

Der wachsende Anteil an Strom aus erneuerbaren Energien in der Europäischen Union ist maßgeblich auf Windenergie, Solarenergie und Biokraftstoffe zurückzuführen. Dabei ist die Konkurrenzfähigkeit der Solarenergie in den letzten Jahren gestiegen. Experten gehen sogar davon aus, dass diese bis 2050 die größte Energiequelle der Welt darstellen wird.

Am häufigsten findet man Solarmodule auf privaten und geschäftlichen Gebäuden installiert, mehr und mehr jedoch auch auf Freiflächen. Letztere Form der Flächennutzung wird häufig kritisiert, da diese mit der Nahrungsmittelproduktion konkurriert. Eine gute Lösung dafür erscheint die kombinierte Produktion von Nahrungsmitteln und Energie auf derselben Fläche, wie dies Agriphotovoltaikanlagen (APV) ermöglichen. Durch die Art ihrer Konstruktion ist sowohl eine Bewirtschaftung mit landwirtschaftlichen Maschinen als auch eine Stromgewinnung durch Solarmodule möglich. Da Pflanzen nur einen Bruchteil der Sonneneinstrahlung zur Produktion von Energie nutzen, ergibt sich unter dem Strich eine Produktivitätssteigerung pro Flächeneinheit. Der erzeugte Strom könnte zur Produktion von Wasserstoff genutzt werden, welcher wiederum als Treibstoff für Maschinen dienen kann. Die Landwirtschaft könnte somit einen wichtigen Beitrag zur dezentralen Energieversorgung beitragen.

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Agriphotovoltaikanlage am Campus Weihenstephan der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (Bild: HSWT/Michael Beck)

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Bodenbearbeitung mit einem Schlepper unter einer Agriphotovoltaikanlage am Campus Weihenstephan der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (Bild: HSWT/Michael Beck)

Zielsetzung des Verbundprojekts und Förderung

Untersucht wird vor allem der Einfluss verschiedener Solarmodule auf die pflanzliche Produktion, gleichzeitig sollen die verschiedenen Nutzungsrichtungen der gewonnenen Energie aufgezeigt werden. Dabei geht es sowohl um die technische Machbarkeit als auch um eine ökologische und ökonomische Bewertung.

Die zu entwickelnden Konzepte werden anschließend in drei Pilotversuchen in drei europäischen Ländern demonstriert, bei der die Pflanzen- und Energieerzeugung umfassend bewertet wird. Die Systeme werden anschließend auf nationaler und europäischer Ebene sowie zwischen den Regionen hinsichtlich sozialer, ökologischer und rechtlicher Aspekte verglichen.

Die Europäische Kommission fördert das Projekt im Rahmen des EU-Förderprogramms für Forschung und Innovation 'Horizont 2020', mehrere EU-Staaten sind am Projekt beteiligt. In Deutschland wird das Projekt vom Fraunhofer ISE koordiniert. Die Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (HSWT) ist mit dem Biomasse-Institut (BIT) als eine von zwei Hochschulen für angewandte Wissenschaften im Projekt involviert und untersucht den Einfluss der Agriphotovoltaik auf die pflanzliche Produktion sowie deren Auswirkungen auf Ökonomie und Ökologie. Das im Oktober 2020 gestartete Projekt hat eine Gesamtlaufzeit von 4 Jahren

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Vliesabdeckung einer Kultur in einer Agriphotovoltaikanlage am Campus Weihenstephan der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (Bild: HSWT/Michael Beck)

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Chinakohlanbau in einer Agriphotovoltaikanlage am Campus Weihenstephan der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (Bild: HSWT/Michael Beck)

Teilprojekt am Biomasse-Institut (BIT) am Campus Triesdorf der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (HSWT)

Prof. Dr. Bernhard Bauer, Leiter des BIT und Professor an der 'Fakultät Landwirtschaft, Ernährung und Lebensmittel' erforscht mit seinem Team dabei die Auswirkungen der Beschattung und der veränderten Wasserverteilung auf den Ertrag, die Qualität und die Pflanzengesundheit von vier landwirtschaftlichen Kulturen. Dazu werden Daten beim Anbau erhoben und mit einer Referenzfläche ohne Solarmodule verglichen. Ein weiterer Schwerpunkt seiner Forschungen liegt in der Untersuchung des Potenzials für die Kohlenstoff- (C-)Speicherung im Boden. Das erfolgt auf Flächen, die aufgrund der Photovoltaik-Stelzen nicht bewirtschaftet werden können und auf denen gezielt mehrjährige Pflanzen angebaut werden.

Im Bereich des Pflanzenbaus wird die Auswirkung der Beschattung und der inhomogenen Wasserverteilung unter der Agriphotovoltaikanlage (APV) im Vergleich zu Flächen ohne APV auf den Ertrag und die Qualität des Ernteguts anhand von 4 Kulturen untersucht. Das Gerüst, auf dem die Photovoltaikmodule montiert sind, beeinflussen zum einen die flächige Bewirtschaftung. Deshalb sollen die Anpassungsschritte der Bewirtschaftung auf der technische Ebene untersucht werden. Zum anderen bieten die Gerüsttrukturen der APV-Anlagen die Möglichkeit, kleinräumig Streifen mit Blüh- oder Dauerkulturen als Habitate für Insekten und Nützlinge in die Anbausysteme zu integrieren oder in den Streifen Kohlenstoff zu sequestrieren. Der Fokus in dem Forschungsprojekt liegt auf der Quantifizierung der Kohlenstoffspeicherung durch die unterschiedliche Nutzung dieser Streifen.

In einem 2. Schritt wird am Biomasse-Institut (BIT) die ökonomisch-ökologische Bewertung von Agriphotovoltaikanlagen (APV) mittels 'Life Cycle Costing (LCC)' und 'Life Cycle Assessment (LCA)' vorgenommen. Dabei steht folgende Fragestellung im Fokus: “Wie verändert sich der CO2-Fußabdruck landwirtschaftlicher Kulturen durch den Anbau unter bzw. mit APV?”

Dazu sind als erste Arbeitsschritte geplant:

  • Kosten der Errichtung der Anlage inkl. Stromanschluss
  • Rentabilität der landwirtschaftliche Produktion verschiedener Kulturen
  • Kosten für die Wartung der Anlage
  • Kosten für (theoretischen) Rückbau der Anlage
  • Festlegung von „Abschneidekriterien”

Im Anschluss wird ein Anforderungskatalog bezüglich der Daten für das LCC und LCA erstellt, in den auch die Informationen der relevanten Projektpartner einfließen. Nach entsprechender Rückkoppelung durch die Partner wird ggf. eine Anpassung des Anforderungskataloges vorgenommen. Dann erfolgt die Datensammlung und -strukturierung sowie die Erstellung der LCC- und LCA-Modellschemata. Nach Fertigstellung der LCC- und LCA-Modelle.

Teilprojekt 'Ökonomisch-ökologische Bewertung' an der Fakultät 'Nachhaltige Agrar- und Energiesysteme' (FKAE) der HSWT

Prof. Dr. Ulrich Bodmer von der FKAE widmet sich der ökonomischen und ökologischen Bewertung der Agriphotovoltaikanlagen (APV). Der Schwerpunkt liegt hierbei auf einer Kosten-Nutzen-Analyse der APV und berücksichtigt u. a. Ertragseinbußen, Mehrertrag durch Stromerzeugung sowie die positive Umweltwirkung. Geprüft wird dabei auch, ob mögliche positive Auswirkungen auf die Umwelt (z. B. die Kohlenstoff--Sequestrierung) in die Förderung bestehender Umweltprogramme integriert werden können.


Projektlogo

Projektleitung

Prof. Dr. Bernhard Bauer (Koordination)
T +49 9826 654-209
bernhard.bauer [at]hswt.de

Verbundprojektleitung

Jan Capelle (Koordination)
Katholieke Universiteit Leuven

Teilprojektleitung

Projektdauer

01.11.2020 - 31.10.2024

Projektpartner

RELA Corporate

Projektförderung

Förderprogramm

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Weblinks

Offizielle EU-Homepage von HyPErFarm

EU-Fördernummer

101000828-H2020-FNR-2020
Dieses Projekt wird durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 der Europäischen Union gefördert.