
AGRI-PHOTOVOLTAIK
AGRI-PV ANLAGEN

Solche Agri-PV Anlagen weisen in stark entwickelten Infrastrukturregionen geringe Stromgestehungskosten auf, erfüllen sämtliche Anforderungen für Direktzahlungen (Pseudolandwirtschaft ausgeschlossen) und ermöglichen ohne Flächenkonkurrenz eine effiziente Doppelflächennutzung im Gemüse-, Ackerbau- sowie in Beerenkulturen, indem Teilwitterungsschutz sowie ökologische Stromproduktion auf intelligente und rentable Art und Weise auf derselben Parzelle kombiniert werden. Der Bau eines Agri-PV Bauvorhabens ausserhalb von Bauzonen (mit oder ohne Anschluss ans öffentliche Stromnetz) ist baubewilligungspflichtig und mittels der aktuell geltenden raumplanerischen, energiegesetzlichen sowie weiteren Bestimmungen für kantonale und gemeindliche Behörden bereits heute möglich. Zonenkonforme Energieerzeugungsanlagen (EEA) können ausserhalb der Bauzonen insbesondere dann standortgebunden sein, wenn sie in wenig empfindlichen Gebieten Vorteile für die landwirtschaftliche Produktion bewirken. Solche landwirtschaftlichen Vorteile werden in einem sorgfältig erarbeiteten Agrarkonzept ermittelt, weitgreifend optimiert und anschliessend durchdacht in die Projektanlagenplanung sowie in verschiedene raumplanerische Etappen integriert. Dieser Teil der Anlageentwicklung ist der umfangreichste und komplizierteste eines Agri-PV Bauvorhabens. Ein konsolidiertes Baubewilligungsverfahren setzt also ein landwirtschaftlich nützliches Agrarkonzept sowie eine für die landwirtschaftliche Produktion vorteilhafte Hauptzweckbestimmung voraus. Angelegenheiten in der Planung von Agri-PV Anlagen sind gewöhnlich sehr breit aufgestellt und sehr spezifisch zu erfüllen. Es reicht vom bäuerlichen Bodenrecht über die Raumentwicklung mit der Standortgebundenheit, den Fruchtfolgeflächen, der inneren Aufstockung oder intensiven Landwirtschaftszonen bis hin zum Gewässerschutz, zu Sondernutzungsplänen (mit Erschliessung) oder Ortsplanungsrevisionen sowie zu einer Umweltverträglichkeitsprüfung und weiteren planerischen Auflagen wie z. B. Blendschutz-, Bodengrund-, Hydrologie- und geologischen Gutachten oder Bodenschutzkonzepten. Die Diskrepanz zwischen der Erarbeitung eines brauchbaren landwirtschaftlichen Konzepts und der Entwicklung einer profitablen Agri-PV Energieerzeugungsanlage ist nach wie vor der Hauptgrund für das Scheitern von Agrophotovoltaik-Projekten in der Spätphase der Projektentwicklung. Eine qualitative pflanzenbauliche Analyse sowie eine tiefgründige Anlageentwicklungsarbeit sollten deswegen in der Frühphase eines Projekts immer vorausgesetzt werden, zumal diese unnötig hohe Entwicklungskosten vermeiden. Nicht zu unterschätzen sind zudem wichtige Abhängigkeiten und Wechselwirkungen zwischen komplexen Angelegenheiten in der Entwicklung einer Agri-Photovoltaikanlage (z. B. Beschränkungen in der Kulturführung und den Auflagen bezüglich Flächennutzung kombiniert mit dem Bau einer solchen EEA ausserhalb von Bauzonen) sowie die rechtzeitig zu erkennenden Marktchancen bezüglich der Integration von erneuerbaren Energien auf dem Energiemarkt (schweizerisches Ziel bis 2050 = Produktion von ca. 45 TWh PV-Strom). Nicht nur die Energiewende ist hier also als Chance zu erkennen, sondern auch die Ernährungswende und die damit verbundene Nachfragesteigerung nach lokal produzierten Spezialkulturen. Die hier einzigartige und absolut ethisch gebildete Synergie zwischen Nahrungsmittelproduktion und Energiegewinnung ist wegweisend für eine erfolgreiche Realisierung unserer Energiewende. Spezifische Synergiebildungen rund um solche Vorgangsverknüpfungen könnten für die Kundschaft also mehr Wert darstellen, als nur eine Transaktion zu sein. Unterstützend dazu sollte angemerkt werden, dass es unserem Unternehmensverhalten entspricht, dass die Anliegen aller Beteiligten im Zuge der Entwicklungs-, Bau- und Betriebsphase berücksichtigt werden. Nach einer Einsatzzeit von mehreren Jahrzehnten sind sämtliche hochwertigen Anlagenkomponenten austauschbar oder modernisierbar (Repowering). Solarmodule sind z. B. einfach und ohne Kraneinsatz von der Seite oder von unten austauschbar und wie sämtliche Materialien sowie elektrisch verbauten Teile zu ca. 95% recycelbar. Die Unterbaukonstruktion ist sogar vollständig recycelbar und da die Anlagefundamente ohne Betonverbauung errichtet werden, könnte die Anlage auch innert Kürze zurückgebaut werden, sollten die Parzellen anders verwendet oder veräussert werden.
VORTEILE EINER AGRI-PV ANLAGE
- Erwirtschaftung erheblicher zusätzlicher Einnahmen und Senkung der Netzentgelte durch Agri-PV Anlagen, die sich durch niedrige Stromerzeugungskosten und eine hohe Energieproduktion auszeichnen und gleichzeitig einen wesentlichen Beitrag zur Energiewende und zur Dekarbonisierung unserer Energiewirtschaft leisten
- Steigerung der Flächennutzungseffizienz (ohne Flächenkonkurrenz) mit agronomischen Vorteilen für den Gemüse-, Acker- und Beerenanbau sowie wirtschaftlichen Vorteilen durch eine umweltfreundliche und kostengünstige Stromerzeugung
- Einrichtung eines stabilen, umweltfreundlichen und nachhaltigen, teilüberdachten Wetterschutzes gegen unerwünschte Extremwetterereignisse (Spätfrost im Frühjahr, Schlag- und langanhaltender Regen, Sonnenbrände, Hitzestress, Wasserknappheit, Dürreperioden, Winderosion, Streuhagel sowie starke Windböen) sowie Einsparungen bei den Arbeitskosten in den Bereichen Anbau, Bewässerung und Beschattung
- Einführung eines ressourcenschonenden Pflanzenbaus (Reduzierung des Wasser-, Düngemittel- und Pflanzenschutzmittelverbrauchs, geringere Anfälligkeit für Wind und Erosionsrisiken, kein regenbedingtes Aufplatzen mehr, weniger Pilzbefall durch Feuchtigkeit und Staunässe sowie Resilienzsteigerung bzw. Stabilisierung der Ernteerträge dank geringerer Schädlingsbelastung)
- Schaffung eines für das Betriebspersonal und die Nutzpflanzen günstigeren Mikroklimas durch den geschützten Anbau (milderes Mikroklima im Winter, kühleres im Sommer, bessere Planbarkeit der Anbauzeitpläne, Verringerung von Spitzen-auslastungen, optimale Beschattung, Verbesserung der Boden-/ Pflanzenwachstums-bedingungen sowie Erzielung der idealen Evapotranspiration und Nährstoffkreisläufe)
- Betrieb einer Agri-PV Anlage mit betonlosen Rammfundamente mit kurzer Rückbauzeit sowie möglichen Einsatz intelligenter Landwirtschaftstechnologien (integriertes Wassermanagement, Pflanzengerüst- und Entscheidungsunterstützungssysteme, kompatibel mit autonomen LaserGuide Spurführsystemen)
- Erhalten von spezifischen Fördermitteln für Agri-PV Anlagen sowie Erschliessung von Biodiversitäts- und Marketingvorteilen auf verschiedenen Märkten (Alternative zu Kunststoffabdeckungen)
Eine einfache, kostengünstige und umweltfreundliche Lösung zum Schutz von Acker-, Gemüse-, Beeren- und Sonderkulturen. Unsere Agri-PV Anlagen sind absolut witterungs-beständig, benötigen keine Betonfundamente, sind sofort einsatzfähig, bleiben über Generationen hinweg stabil und zeichnen sich durch sehr niedrige Betriebskosten aus.
Nachhaltige Entwicklung, von der alle Beteiligten – in Form einer ökonomischen, ökologischen und sozialen Rendite – profitieren und wachsen können. Das ist es, für was wir stehen!
Für die Menschen, Ihre Tiere und unsere Umwelt
der CH, E.U & der VRC entwickelt
SYSTEME / FUNKTIONSWEISE
Durch den Betrieb einer Agri-PV Anlage (APV) werden einerseits agronomische Vorteile erschlossen sowie andererseits Einnahmen durch die PV-Stromproduktion erwirtschaftet, was einen wesentlichen Beitrag zur Transformation (Wende) der Energiewirtschaft unseres Landes leistet. Technisch gesehen sind offene Agri-Photovoltaik Energieerzeugungsanlagen auf Vollertragsflächen vielfältig integrierbar und bestehen hauptsächlich aus zwei Anlagetypen: 1) netzgekoppelte Anlagen, 2) Inselanlagen.
Unter einer netzgekoppelten Agri-PV Anlage versteht man die technische Errichtung von hoch aufgeständerten PV-Energieerzeugungsanlagen (EEA) auf landwirtschaftlichen Nutzflächen (Doppelflächennutzung), welche elektrische Energie erzeugen und das Verteilernetz mit netzdienlichem Wechselstrom speisen. Agri-Photovoltaik Anlagen bestehen aus einem Solarkraftfeld (Rammfundamente, Unterbaukonstruktionen sowie Solarmodule), aus der Zentralelektronik (DC-String-Harnessen und Smart-Wechselrichter) sowie aus Umspannnetztransformatoren (inkl. erdverlegter Leerrohre, Starkstromleiter und Kabelschächte). Zusätzlich zur gerade eben beschriebener Agri-PV Anlage kann eine Stromspeicheranlage (BESS) integriert werden, welche mittels Peak Shaving, Systemdienstleistungen und Spannungshaltung zur Stabilisierung des öffentlichen Stromnetzes in der Schweiz beitragen kann. Grossspeicher werden üblicherweise von Energieversorgungsunternehmen (EVU) betrieben und sollten möglichst tiefentladefest sein und eine hohe Zyklenfestigkeit aufweisen. Die maximale Rendite, die aus techno-ökonomischer Sicht durch den Einsatz netzgekoppelter Grossspeicherbatterien erzielt werden kann, ergibt sich durch intelligente Marktoptimierung in Kombination mit der Teilnahme am Strommarkt, insbesondere durch die Nutzung von Preisspreads auf verschiedenen Grosshandelsmärkten, einschliesslich Spotmarkt und Intraday-Handel. Unter einer Agri-Photovoltaik Inselanlage versteht man, wie oben bereits erläutert wurde, die technische Errichtung von hoch aufgeständerten PV-Energieerzeugungsanlagen (EEA) auf landwirtschaftlichen Nutzflächen (Doppelflächennutzung), welche elektrische Energie erzeugen und – aus einem Speichersystem heraus – hier jedoch ein Off-Grid-Industrienetz mit Gleich- oder Wechselstrom speisen. Agri-Photovoltaik Anlagen bestehen aus einem Solarkraftfeld (Rammfundamente, Unterbaukonstruktionen sowie Solarmodule), aus der Zentralelektronik (DC-String-Harnessen und Lasttrennschalter), aus Batteriespeichersystemen (BESS oder PtH), aus einer Stromumwandlungsstation (CPCS) sowie aus den dazugehörigen Umspannnetztransformatoren (inkl. erdverlegter Leerrohre, Starkstromleiter und Kabelschächte). Im Gegensatz zu netzgekoppelten Anlagen werden Inselanlagen vollständig unabhängig von der öffentlichen Stromversorgung betrieben und ermöglichen es dem Off-Grid-Betreiber, seinen Strom effizient zu bewirtschaften und eigenständig sowie kostengünstig zu optimieren. Die gerahmten Solarmodule sind alle bifazial ausgeführt und ermöglichen dadurch eine maximale Nutzung des einfallenden Sonnenlichts aus allen Seiten. Ihr Wirkungsgrad ist der höchstmögliche in der industriellen Fertigung überhaupt! Die Unterbaukonstruktion besteht – für die in den Boden gerammten Pfosten sowie das zentrale Rohrtragwerk und die verschiedenen Schienensysteme – aus korrosionsgeschütztem Stahl und/oder Aluminium. Das Gesamtsystem steht für eine effiziente Installation, eine langfristige Nutzung sowie eine hohe Wirtschaftlichkeit.
AGRONOMIE
Durch den Betrieb einer Agri-PV Energieerzeugungsanlage werden einerseits agronomische Vorteile in der Landwirtschaft erschlossen sowie andererseits neue Einnahmemöglichkeiten – durch eine ökologische und preiswerte PV-Stromproduktion und/oder die Senkung der zeitvariablen Netzentgelten – erwirtschaftet. Zudem leisten Bauherrschaften mit dem Bau einer Agri-PV Anlage einen wesentlichen Beitrag zur Ernährungssicherheit, zur Energiewende und zur Dekarbonisierung unserer Energiewirtschaft, was politisch, gesellschaftlich sowie finanziell gewünscht und gefördert wird.
Die oben erwähnten agronomischen Vorteile (Erfüllung der Voraussetzungen bzgl. Mehrerträge durch Abschattung und Ertragssicherung) liegen bei unseren effizient designten Anlagen insbesondere in der Erzeugung der idealen Wachstumskonditionen im Gemüse-, Ackerbau und in Beerenkulturen sowie in der verbesserten Anpassungsfähigkeit der Kulturpflanzen bei ungewünschten Extremwetterereignissen. Kern- und Steinobstkulturen sind, analog z. B. Erdbeeren, mehrheitlich ungeeignet für Agri-PV Anlagen, zumal sie hohe Konstruktionskosten verursachen sowie eine geringe Stromproduktion ermöglichen, da sie das Sonnenlicht selbst benötigen. Agri-PV Anlagen nehmen in ihrer primären Zweckbestimmung die Funktion eines stabilen teilüberdachten Witterungsschutzes für landwirtschaftliche Anbaukulturen ein. Dieser Schutz wirkt sich in ökologisch interessanter Weise gegen Unwettererscheinungen wie z. B. Spätfrost im Frühjahr, Schlagregen und langanhaltenden Regen, Sonnenbrand, Hitzestress, Wasserknappheit, Dürreperioden, Winderosion, (Streu-)Hagel sowie starke Windböen positiv aus. Sekundär dienen die Agri-PV Anlagen der langjährigen und rentablen Energieerzeugung. Beide Funktionen bilden, an guten Standorten und wenn ideal aufeinander abgestimmt, einen höchst interessanten Synergiekern. Je nach Konstellation der Projektbeteiligten sind bei der Umsetzung verschiedene Akteure bzw. Aufgabenbereiche mit unterschiedlichen Funktionen involviert. Technisch gut geplante Agri-PV Anlagen, im Speziellen mit Bezug auf die baukonstruktiven Anordnungsfunktionen (Anlagesystem und Ausrichtung, Aussenlasten und Statik, Unterbaukonstruktionen, Aufständerung, Modulanordnung, Landnutzungsrate, Belegdichte, Bodenverdichtung, Anbau- und Bewirtschaftungsmanagement, Landschaftsästhetik, Systemparametern usw.) sowie die so zentrale pflanzenbauliche Analyse (Biozönose und Ökophysiologie, Pflanzenwachstumsmodellierung, Lichtkompensations- und Sättigungspunkt, Phänotypisierung und Schattenvermeidungsstrategien der Pflanzen, konvektive Luftkühlung sowie Mikroklima, Bodenqualitätsförderungsmassnahmen, Biodiversität und Umwelteinflüsse usw.) ermöglichen nach interdisziplinären und agrarwissenschaftlichen Aspekten einen ressourcenschonenden Anbau im Gemüse-, Ackerbau und in Beerenkulturen und fördern die Biodiversität. Zur pflanzenbaulichen Entwicklung werden Methoden integriert wie regenerativer Ackerbau (Stärkung des Bodenlebens durch minimale Bodenbearbeitung, Untersaaten und organische Düngung zur Humusanreicherung), Permakultur (geschlossene Nährstoffkreisläufe, Nutzung von Ernterückständen, Mulchmaterial sowie Schattenwurf zur Feuchtigkeitsspeicherung und Unkrautunterdrückung), präzise Düngung und Tröpfchenbewässerung (systemintegriert) sowie Pflanzenschutz (mechanische Unkrautbekämpfung statt Herbizideinsatz), um Mikroklima, Boden, Wasser (-Verdunstung) und Nährstoffe zu optimieren. Kernmassnahmen für eine bessere Bodenqualität sind u. a. stärkere und homogenere direkte Bodenbestrahlung (dank angepasster Neigungswinkel der PV-Module und einer Reduzierung der Bodenbedeckung), geringere ganzjährige Begrünung, Humusaufbau, Verzicht auf Pflanzenschutzmittel, Einsatz von Tröpfchenbewässerung sowie mechanische Unkrautbekämpfung. Qualitative Vorteile für wertvolle Pflanzen und Tiere (inkl. Vielfalt, Kleintiere, Bodenbrüter, Bodenpilze, Einzeller, Fadenwürmer, Gliederfüsser, Archaeen, Bakterien, Mikroorganismen und Bodenökologie) sind in unseren Anlagen stets in hohem Mass zu erwarten. Vorteile durch geringere Kontaminierungsgefahren der Gewässer (Nitratauswaschung und Denitrifikation, PSM-Rückstände [auch auf Solarmodulen], Entwässerung, Gülleproblematik usw.) sind hier ebenfalls gegeben. Für den geschützten Anbau unter Agri-Photovoltaikanlagen eignen sich besonders Kulturen, die von teilweiser Beschattung profitieren oder diese sogar benötigen und ein Mikroklima bevorzugen. Ideal sind neben den traditionellen Ackerfrüchten (Getreide, Hackfrüchte, Ölfrüchte, Hülsenfrüchte, Faserpflanzen und Futterpflanzen) auch Gemüse (Kohl-, Blatt-, Zwiebel-, Blüten-, Knollen- und Wurzelgemüse), die meisten Kräuter und Gewürze sowie Sammelsteinfrüchte (Himbeeren, Brombeeren und Moltebeeren), echte Beeren (rote und schwarze Johannisbeeren, Heidelbeeren, Jostabeeren, Holunderbeeren, Aroniabeeren und Preiselbeeren) sowie bestimmtes Kern- und Steinobst (z. B. gewisse Apfel- und Kirschensorten). In der Produktion benötigen und tolerieren die oben erwähnten Pflanzengattungen eine gewisse Schattierung. Diese Schattenwürfe sind unter einer optimal ausgelegten Agri-Photovoltaikanlage bestens und homogen erzeugt und sind somit in der Lage, die gewünschten Erträge auch bei aussergewöhnlich ungünstigen Wetterbedingungen zu halten (inkl. Aussehen, Frische, Sauberkeit, Reifegrad, Geschmack, Nährstoffgehalt, Gesundheit und Haltbarkeit). Besonders die klimatischen Bedingungen im Frühjahr, die für das Wachstum der Jungpflanzen entscheidend sind, verändern sich grundlegend (Niederschlagsmengen, nicht ausgleichbare Feuchtedefizite, Frühwärme- und Kältewechsel, Direkt- und Diffusstrahlung usw.). Die Kombination aus abnehmenden Niederschlagsmengen und zunehmender globaler Sonneneinstrahlung kann die Eignung von Agri-PV Anlagen nur noch weiter stärken. Es bleiben unter Agri-PV Anlagen jedoch nach wie vor robuste Sorten empfohlen. Die Blütenbildung und das Lichtmanagement der gesamten Anlagekonstruktion sind ebenso zwei wichtige Erfolgsfaktoren, die im Einzelfall berücksichtigt und bei der Planung von Agri-PV Anlagen stets optimal aufeinander abgestimmt werden müssen. Plug-in-Pflanzen sowie Stecklinge (Jungpflanzen nach ihrer Vermehrung) brauchen eine bestimmte Lichteinstrahlung, um zum gewünschten Zeitpunkt Lateral-Knospenansätze zu bilden sowie später termingerecht fruchttragend zu sein. Die Blütenbildung (Übergang von der vegetativen zur reproduktiven Phase) erfolgt entweder autonom bei Erreichen einer bestimmten Entwicklungsphase der Pflanze (Blühreife) oder kann auch durch die Tageslichtlänge induziert werden (Photoperiodismus), bei vielen Pflanzen auch als Reaktion auf Stressfaktoren (Pilz- oder Parasitenbefall). Diese letztere Methode ist heute in der Vermehrung von z. B. verschiedenen Long Canes (Herbst- und Sommerhimbeersorten) weit verbreitet und wird primär angewendet, um gesunde und kräftige Pflanzen zu erzeugen. Neben dem oben erwähnten Beerenanbau sind Agri-Photovoltaikanlagen auch bei Kernobst- und Spalierfrüchten denkbar. Da diese wiederum der Kategorie der bodengebundenen Dauerkulturen angehören und sich zum Teil als heikle Kulturen – punkto Lichtmanagement – erwiesen haben, sind für uns langjährige Forschungsergebnisse auf existierenden Anlagen wünschenswert, bevor über solchen Anbauflächen Agri-Photovoltaik gebaut wird. Limitierend könnte ebenfalls die Höhe der Anlage unter Kernobst werden, denn Höhe bedeutet Kosten, und diese sind – nebst einer oft geringeren Dichte an Solarzellen über Kernobstanlagen – massgebend für die finanzielle Rentabilität eines Agri-PV Bauvorhabens. Es ist durchaus vorstellbar, dass die Vorteile von Agri-PV Anlagen über Kernobst- und Spalierfrüchteanlagen in der Verringerung der Frostberegnungseinsätze sowie chemischer Ausdünnung (Fruchtbehang) liegen könnten. Auch Precision-Farming wird unter unseren Agri-PV Anlagen wichtiger; z. B. ein integriertes Wassermanagement sowie Pflanzengerüst- und Entscheidungsunterstützungssysteme, eine Kompatibilität mit LaserGuide Spurführsystemen oder automatische Lenkassistenzsysteme oder noch Autopiloten, Drohnen sowie automatisierte Traktorenkonzepte (ATK) sind für unsere Agri-PV Anlagen wie geschaffen. GPS-Positionssignale sowie Real-Time-Kinematik-Korrekturen werden in unseren Anlagen durch Lasersensoren-Erfassung ersetzt, welche sich an der Anlagenkonstruktion orientieren und nicht mehr von Rover, Satelliten und Basisstationen abhängen. Dies ermöglicht es Landwirtinnen und Landwirten, Schleppfahrzeuge und Maschinen einzusetzen, welche viel präziser und autonom fahren können (was weniger Arbeit bedeuten könnte) und eine ATK zu besitzen, welche zu tieferen Kosten verfügbar wäre als übliche Systeme am Markt. Precision-Farming-Methoden zielen aber auch vermehrt auf die ressourcenschonende Produktion von Kulturen ab (Photosynthese), was unter unseren Agri-Photovoltaikanlagen, wie oben eingehend erläutert wurde, erreicht wird. Solarmoduloberflächen, welche auf Agri-PV Anlagen in staubtrockenen Gebieten installiert werden, können sich durch Staubentwicklung (evtl. auch entstehend bei Bodenbearbeitung oder Erntearbeiten) stark verschmutzen, was ihre Leistung beeinträchtigen würde. Insbesondere bei längeren Schönwetterperioden ohne Regen kann sich Staub auf den Moduloberflächen ansammeln und die Stromproduktion dadurch leicht reduzieren. Zudem können Pflanzenschutzmittel, insbesondere Fungizide – die in ihrer Formulierung oft so konzipiert sind, dass das Gemisch eine hohe Benetzung, gute Haftung und oft auch eine Art Sonnenschutz für die Blätter bewirkt – sich auf den Panels (auch auf dem Rückglas) ablagern und zu weiteren Leistungseinbussen führen. Es ist daher vorgesehen, dass unsere PV-Module optional mit einer langjährigen Nanobeschichtung versehen werden können, um genau diese Staubpartikel sowie chemischen Substanzen abzuweisen und so die gewünschte selbstreinigende Eigenschaft zu erreichen.




