„HYPERFARM“ –
Hydrogen and Photovoltaic Electrification on Farm

Links das Logo des Projekts „HYPERFARM“, rechts das Logo der Europäischen Union als Projekt-Förderer.

Zum Projekt

Der Anteil an Strom, der mit erneuerbaren Energien erzeugt wird, wächst in der Europäischen Union. Dieses Wachstum ist maßgeblich auf Windenergie, Solarenergie und Biokraftstoffe zurückzuführen. In den letzten Jahren ist die Konkurrenzfähigkeit der Solarenergie gestiegen. Experten gehen sogar davon aus, dass Solarenergie bis 2050 die größte Energiequelle der Welt darstellt.

Am häufigsten werden Solarmodule auf Dächern privater oder geschäftlicher Gebäude installiert. Jedoch werden auch Freiflächen für die Installation von Solarmodulen herangezogen. Diese Form der Flächennutzung ist mit Kritik behaftet, da sie um Flächen für die Nahrungsmittelproduktion konkurriert. Die Herausforderung ist, sowohl Nahrungsmittel als auch Energie auf derselben Fläche zu produzieren. Die beiden Ziele werden mithilfe von Agrarphotovoltaikanlagen (APV) erreicht. Die Anlagen ermöglichen durch ihre Konstruktion eine Bewirtschaftung mit gängigen Maschinen, gleichzeitig produzieren die Solarmodule Strom. Es findet sogar eine Steigerung der Produktivität auf der Fläche statt, da Pflanzen nur einen Bruchteil der solaren Strahlung zur Produktion von Energie nutzen. Der erzeugte Strom könnte zur Produktion von Wasserstoff genutzt werden, welcher als Treibstoff für Maschinen dient. Landwirtinnen und Landwirte würden somit einen wichtigen Beitrag zur dezentralen Energieversorgung beitragen.

Die Hauptziele des Projektes sind die Untersuchung des Einflusses verschiedener Solarmodule auf die pflanzliche Produktion, das Aufzeigen verschiedener Nutzungsrichtungen der erzeugten Energie, die Untersuchung der technischen Machbarkeit und eine ökologische und ökonomische Bewertung. Die entwickelten Konzepte werden in 3 verschiedenen Pilotversuchen in 3 verschiedene europäische Ländern demonstriert. Die Pflanzen- und Energieerzeugung wird gründlich bewertet und zwischen den Regionen sowie den sozialen, ökologischen und rechtlichen Aspekten dieser Systeme auf nationaler und europäischer Ebene verglichen.

Das Projekt wird im Rahmen des EU Förderprogramms für Forschung und Innovation „Horizon 2020“ der Europäischen Kommission gefördert, mehrere EU-Staaten sind am Projekt beteiligt. In Deutschland wird das Projekt vom Fraunhofer ISE koordiniert. Die HSWT mit dem Biomasse-Institut wird den Einfluss der Agrarphotovoltaik auf die pflanzliche Produktion und die Auswirkungen auf Ökonomie und Ökologie untersuchen.

Prof. Dr. Bernhard Bauer wird die Auswirkungen der Beschattung und der veränderten Wasserverteilung auf den Ertrag, die Qualität und die Pflanzengesundheit von vier landwirtschaftlichen Kulturen untersuchen. Hierbei werden Daten unter zwei Arten von Solarmodulen erhoben und mit einer Referenzfläche ohne Solarmodule verglichen. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung des Potenzials für die C-Speicherung im Boden. Hierfür werden die Flächen herangezogen, die aufgrund der PV-Stelzen nicht befahren werden können. Diese werden gezielt genutzt, um mehrjährige Pflanzen anzubauen.

Prof. Dr. Ulrich Bodmer übernimmt in seinem Arbeitspaket die ökonomische und ökologische Bewertung der APV. Hier liegt ein Schwerpunkt auf der Analyse der Kosten, die durch die APV entstehen (z.B. durch Ertragseinbußen) und des Nutzens, der sich durch die APV ergibt (z.B. Mehrertrag durch Stromerzeugung, positive Umweltwirkung). Des Weiteren wird geprüft, ob mögliche positive Umweltwirkungen, wie die C-Sequestrierung durch die APV, in die Förderung bestehender Umweltprogramm integriert werden können.

Das Projekt hat eine Gesamtlaufzeit von 4 Jahren und startete im Oktober 2020.

Unser Foto zeigt den Chinakohlanbau in einer Agrarphotovoltaikanlage am Campus Weihenstephan der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (Bild: HSWT/Michael Beck)

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

Forschung und Ziele am Biomasse-Institut der HSWT

Das Gesamtziel des Biomasse-Instituts und der HSWT ist die ökonomisch-ökologische Bewertung von Agrarphotovoltaikanlagen (APV) mittels ‚Life Cycle Costing (LCC)‘ und ‚Life Cycle Assessment (LCA)‘ anhand folgender Fragestellung: “Wie verändert sich der CO2-Fußabdruck landwirtschaftlicher Kulturen durch den Anbau unter bzw. mit APV?”

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-Instituts (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 für die Errichtung der Anlage inkl. Stromanschluss
Rentabilität der Landwirtschaftlichen Produktion verschiedener Kulturen
Kosten für die Wartung der Anlage
Kosten für (Theoretischer) 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. Anschließend erfolgt die ökonomisch-ökologische Bewertung.

Zum Abschluss werden dann die festgestellten Ergebnisse an alle kommuniziert.

Unser Foto zeigt die Bodenbearbeitung mit einem Schlepper unter einer Agrarphotovoltaikanlage am Campus Weihenstephan der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (Bild: HSWT/Michael Beck)

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