© Irsigler 2022
Sonnenfeld: Wechselwirkungen zwischen Landwirtschaft und Photovoltaik auf Agro-Photovoltaik-Flächen
Projektleitung
Franz Handler
Forschungseinrichtung
Höhere Bundeslehr- und Forschungsanstalt Francisco Josephinum
Projektnummer
101834Projektlaufzeit
-
Finanzierungspartner
Bundesministerium für Landwirtschaft, Regionen und Tourismus
Allgemeine Projektinformationen
Abstract (deutsch)
Zum erreichen der Energiewende ist unter anderem auch die Nutzung der Sonnenenergie unabdingbar. Als sogenannte Freiflächenanlagen steht dies aber im Widerspruch zur Reduktion der Flächenversiegelung. Ein möglicher Kompromiss ist die Etablierung von Agri-PV-Anlagen. Dabei erfolgen Landwirtschaft und die Energiegewinnung parallel - möglicherweise mit Synergieeffekten. In dem dreijährigen Projekt sollen die Wechselwirkungen zwischen Landwirtschaft und Solarstromerzeugung ermittelt werden.
Schlagwörter (deutsch)
Agri-Photovoltaik, PV, erneuerbare Energie, Photovoltaik, Landwirtschaft
Titel (englisch)
Interaction between agriculture and photovoltaics on Agri-Photovoltaics-Areas
Abstract (englisch)
In order to achieve the energy transition, the use of solar energy is essential, among other things. However, open field photovoltaic systems, stand in contradiction to the reduction in soil sealing. A possible compromise is the establishment of combined agri-PV systems. Agriculture and energy generation take place in parallel - possibly with synergy effects. In the three-year project, the interactions between agriculture and solar power generation are to be determined.
Schlagwörter (englisch)
Agri-Photovoltaics, PV, renewable energie, photovoltaics, agriculture
Projektziele
Ziel des Projekts ist die Ermittlung der Wechselwirkungen zwischen gemeinsamer landwirtschaftlicher und photovoltaischer Landnutzung auf Agri-Photovoltaik-Flächen. Hinsichtlich der landwirtschaftlichen Nutzung sind Erschwernisse in der Bewirtschaftung zu erwarten. Diese gilt es zu ermitteln um in weiterer Folge Optimierungen in der Ausgestaltung solcher Anlagen aufzeigen zu können. Dabei werden unterschiedliche Bauformen wie etwa "fest installierte" und "nachgeführte" Anlagen gesondert betrachtet. Folgende Fragestellungen sollen beantwortet werden:
- Veränderungen des Ertrags der landwirtschaftlichen Kulturen in Relation zu rein landwirtschaftlich genutzten Flächen
- Mechanisierungsmöglichkeiten zur Bewirtschaftung der Flächen zwischen den PV-Paneelen und zur Pflege der Flächen unter den PV-Paneelen
- Veränderung der Arbeitszeitbedarfe zur Bewirtschaftung und Pflege in Relation zu rein landwirtschaftlich genutzten Flächen
- Einfluss der PV-Paneele auf die GNSS-Positionierung moderner Landmaschinen
Des Weiteren ist zu klären in wie weit die landwirtschaftliche Nutzung Einfluss auf die Solarstromerzeugung nimmt:
- Einfluss von durch landwirtschaftliche Tätigkeiten hervorgerufen Stäuben und anderer Verschmutzungen auf die Solarstromerzeugung
- Einfluss unterschiedlicher Kulturen (insbesondere hoch wachsender, wie etwa Mais) auf die Solarstromerzeugung
Praxisrelevanz
Bis 2030 sollen in Österreich einerseits 100 Prozent des Stroms aus erneuerbaren Energiequellen kommen. Andererseits soll die Flächeninanspruchnahme auf 2,5 ha/Tag beziehungsweise 9 km²/Jahr reduziert werden. Die Solarenergie ist als wichtiger Baustein zur Energiewende anzusehen. Agri-Photovoltaik stellt einen Kompromiss aus solarenergetischer und landwirtschaftlicher Flächennutzung dar und bietet daher großes Potential.
Berichte
Kurzfassung
Berichtsdateien
Abstract (deutsch)
Im Rahmen des Projektes wurden zwei Diplomarbeiten an der Höheren Bundeslehr- und Forschungsanstalt Francisco Josephinum durchgeführt. Die Arbeit mit dem Titel „Konzept für die Mechanisierung der Bewirtschaftung einer Agro-Photovoltaik-Anlage“ beschäftigt sich mit den Faktoren, die bei der Auswahl der Mechanisierung für die Bewirtschaftung von Acker- und Grünland in Agro-Photovoltaik-Anlagen zu berücksichtigen sind sowie mit der Frage in wie weit RTK-GNSS-Systeme in Agro-Photovoltaik-Anlagen funktionieren. Die zweite Diplomarbeit mit dem Titel „Auswirkung von Agro-Photovoltaik-Anlagen auf die Entwicklung von Winterweizen und Blühmischungen“ stellt den Einfluss der Beschattung der PV-Anlage auf das Wachstum von Winterweizen und Begrünungen dar. In diesem Bericht werden die Ergebnisse der beiden Arbeiten zusammengefasst.
Abstract (englisch)
As part of the project, two diploma theses were carried out at the HBLFA Francisco Josephinum. The first thesis entitled “Concept for the mechanization of the cultivation of an agro-photovoltaic system” deals with the factors that must be taken into account when selecting mechanization for the cultivation of arable and grassland in agro-photovoltaic systems and with the question to what extent RTK-GNSS systems work in agro-photovoltaic systems. The second thesis entitled “Effect of agro-photovoltaic systems on the development of winter wheat and flowering mixtures” presents the influence of the shading of the photovoltaic system on the growth of winter wheat and flowering mixtures. This report summarizes the results of these theses.
Autor/innen
Pfusterschmid, H., Holzweber, D., Paulik, D., Irsigler, P., Niedermayr, M.
Abstract (deutsch)
Die Diplomarbeit beschäftigt sich mit den Faktoren, die bei der Auswahl der Mechanisierung für die Bewirtschaftung von Acker- und Grünland in Agro-Photovoltaik-Anlagen zu berücksichtigen sind sowie in wie weit RTK-GNSS-Systeme in Agro-Photovoltaik-Anlagen funktionieren.
Hinsichtlich der Breite des ackerbaulich genutzten Bereiches zwischen den Photovoltaikmodulen muss die Arbeitsbreite der Geräte berücksichtigt werden. Ausgehend von der Sätechnik sollte die Breite ein Vielfaches von 3 m sein. Soll eine Feldspritze eingesetzt werden, muss eine Mindestbreite von 12 m gegeben sein, da neue Feldspritzen mit kleineren Arbeitsbreiten kaum verfügbar sind.
Um die Gefahr von Schäden durch Berührung von Anlagenteilen mit Landmaschinen zu minimieren, muss ein Mindestabstand von 50 cm eingerechnet werden. Nachgeführte Anlagen haben in diesem Zusammenhang den Vorteil, dass sie während der landwirtschaftlichen Arbeitsgänge in eine platzsparende Position gebracht werden können.
Staubbildung erfolgt bei ziemlich allen landwirtschaftlichen Arbeitsgängen. Die dadurch verursachte Effizienzminderung der PV-Module wird in der Regel durch Niederschlag beseitigt.
Abtrift von Feldspritzen, Stallmist und Handelsdünger können ebenfalls zur Verschmutzung der Module beitragen. Schleuderstreuer für Handelsdünger sowie Stallmist- und Kompoststreuer erzielen erst durch Überlappung eine zufriedenstellende Querverteilung. Diese kann aber auf Grund der Behinderung durch die Photovoltaikanlage nicht erreicht werden. Für Handelsdünger können Auslegerstreuer und für Gülle Verteiler zur bodennahen Gülleausbringung eingesetzt werden.
Der Pflugeinsatz verursacht durch den seitlichen Transport der Erdbalken und die Furchenbildung am Rand der bearbeiteten Flächen Probleme.
Die Breite des Vorgewendes (Abstand zwischen Photovoltaikanlage und Schlaggrenze (Einzäunung der Anlage)) richtet sich nach dem Wendekreis bzw. der Arbeitsbreite der größten eingesetzten Maschine. Auch hier soll ein Sicherheitsabstand zu den Anlagenteilen und Zäunen eingehalten werden.
Bei der Nutzung des Grünlandes durch Mahd gelten die gleichen Grundsätze wie im Ackerbau. Dabei sind Grünlandstreifen von 3 m eine besondere Herausforderung, da es kaum Hersteller von Zettern mit Grenzstreueinrichtung und Schwadern mit Mittenablage mit dieser Arbeitsbreite gibt.
Die Untersuchung der Funktionsfähigkeit von RTK-GNSS-Systemen in der Anlage zeigte, dass eine gute bis sehr gute Positionsbestimmung möglich ist.
Abstract (englisch)
The thesis deals with the factors that must be taken into account when selecting mechanization for the management of arable land and grassland in agro-photovoltaic systems. Furthermore, the function of RTK-GNSS systems in agricultural photovoltaic systems is checked.
With regard to the width of the agriculturally used area between the photovoltaic modules, the working width of the implements must be taken into account. Based on the sowing technology, the width should be a multiple of 3 m. If a field sprayer is to be used, there must be a minimum width of 12 m, as new field sprayers with smaller working widths are hardly available.
To avoid the risk of damage caused by contact between system components and agricultural machinery, a minimum distance of 50 cm must be taken into account. In this context, tracked systems have the advantage that they can be moved into a space-saving position during agricultural operations.
Dust formation occurs in almost all agricultural processes. The reduction in efficiency caused by dust formation is usually eliminated by precipitation. In longer dry periods dust can lead to reduced yields.
Drift from field sprayers, farmyard manure and commercial fertilizer can contribute to module contamination. Centrifugal spreaders for commercial fertilizer as well as muck and compost spreaders only achieve satisfactory lateral distribution by overlapping. However, this cannot be achieved due to the hindrance caused by photovoltaic systems. Boom spreaders can be used for commercial fertilizer and trip hose booms can be used to spread liquid manure close to the ground.
The use of plows causes problems due to the lateral transport of the soil and the formation of furrows at the end of the worked area.
The width of the headland (distance between the photovoltaic system and the field boundary (fencing of the system)) depends on the turning circle or the working width of the largest machine used. Here, too, a safe distance from the system parts and fences should be maintained.
When using grassland for mowing, the same principles apply as in arable farming. Grassland strips of 3 m are a particular challenge, as there are hardly any manufacturers of tedders with border spreading devices and rakes with central swath placement of this working width.
The investigation into the functionality of RTK-GNSS systems in the facility showed that good to very good position determination is possible.
Autor/innen
Pfusterschmid, H., Holzweber, D.
Abstract (deutsch)
In der Versuchsanlage für Agro-Photovoltaik der Firma RWA Solar Solutions wurde der Einfluss der Beschattung der PV-Anlage auf das Wachstum von Winterweizen untersucht. Dazu wurde im Herbst 2021 Winterweizen angesät und in den nächsten Monaten auf Bestandsdichte, Triebzahl, Bestandshöhe und EC-Stadien bonitiert. Neben dem Weizen wurden unter den PV-Anlagen verschiedene Begrünungen angelegt und Überwinterung und Verunkrautung untersucht.
Der Winterweizen wurde mit einem Parzellenmähdrescher geerntet und auf Ertrag, Feuchtigkeit und Protein untersucht. Anschließend wurden diese Ergebnisse in Rahmen dieser Diplomarbeit ausgewertet und die Forschungsfragen wie folgt beantwortet:
- Wie wirken sich südlich ausgerichtete Agro-Photovoltaikmodule auf die Entwicklung von Winterweizen in Abhängigkeit des Abstandes zu den Modulen aus?
Die südlich ausgerichtete Agro-Photovoltaikanlage wirkt sich merkbar auf das Wachstum des Winterweizens aus. In allen gemessenen Parametern schnitt der Weizen im Schatten der Photovoltaikanlage schlechter ab. Der Minderertrag in einem drei Meter breiten Streifen nördlich der PV-Module betrug 14,5%.
- Wie wirken sich Ost-West getrackte Agro-Photovoltaikmodule auf die Entwicklung von Winterweizen in Abhängigkeit des Abstandes zu den Modulen aus?
Die Ost-West getrackten Module wirkten sich weniger stark auf den Wachstumsverlauf aus. Die Bestandshöhe und Bestandsdichte waren am Tag der Ernte auf der gesamten Parzelle einheitlich. Man konnte leichte Unterschiede im Ertrag (7% bzw. 10,5% weniger), Proteingehalt und Wassergehalt feststellen.
- Wie wirken sich Photovoltaikmodule auf die Entwicklung von speziellen Blühmischungen aus?
Für die Dauerblühstreifen wurden fünf verschiedene Saatgutmischungen ausgesät. Es wurden Überwinterung und Verunkrautung der Varianten erhoben und verglichen. Manche Begrünungsmischungen eigneten sich besser als andere. So kam es dazu, dass gewisse Mischungen im zweiten Jahr noch blühten und andere nur noch aus wenigen der ursprünglichen Pflanzenarten bestanden und von Beikraut überwuchert waren. Die besten Ergebnisse lieferte eine Mischung, welche durch den hohen Gräseranteil das Beikraut am besten unterdrückte. Dabei spielten auch wild aufgegangene Gräser eine wichtige Rolle.
Abstract (englisch)
The influence of the shading of the photovoltaic system on the growth of winter wheat was examined in the test area for agro-photovoltaics run by RWA Solar Solutions. For this purpose, winter wheat was sown in autumn 2021 and assessed for crop density, number of shoots, crop height and growth stages over the next few months. Under the photovoltaic modules, mixtures of flowering plant seeds were sown. The overwintering of different species and weed infestation were examined.
These results were then evaluated as part of this diploma thesis and the research questions were answered as follows:
- How do south-facing agro-photovoltaic modules affect the development of winter wheat depending on the distance to the modules?
The south-facing agro-photovoltaic system has a noticeable effect on the growth of winter wheat. In all measured parameters, the wheat performed worse in the shade of the photovoltaic system. The reduced yield in a three-meter wide strip north of the PV modules was 14.5%.
- How do east-west tracked agro-photovoltaic system affect the development of winter wheat depending on the distance to the modules?
The east-west tracked modules did not have such a strong effect on the growth process. The crop height and density were uniform across the plot on the day of harvest. Slight differences in yield (7% and 10.5% less), protein content and water content were observed.
- How do different photovoltaic modules affect the development of permanent flowering strips?
Five different seed mixtures were sown for the permanent flowering strips under the photovoltaic modules. Overwintering and weed infestation of the variants were recorded and compared. Some greening mixtures were better suited than others. This meant that certain mixtures still bloomed in the second year and others only consisted of a few of the original plant species and were overgrown with weeds. A mixture that best suppressed the weeds due to the high grass content achieved the best results. Wildly grown grasses also played an important role in this context.
Autor/innen
Paulik, D., Irsigler, P., Niedermayr, M.