Landwirtschaftliche Solaranlage

Photovoltaik-Unterstützungssysteme (PV) in der Landwirtschaft weisen in Anbau- und Züchtungsszenarien vielfältige Wertvorteile auf, insbesondere in den folgenden fünf Aspekten:

▶ Photovoltaische Stromerzeugung, Steigerung von Einkommen und Effizienz

• Stromeinnahmen: Das System erzeugt kontinuierlich Strom mithilfe von Photovoltaikmodulen, der ins Netz eingespeist oder für den Eigenverbrauch genutzt werden kann. Am Beispiel des 400-MW-Photovoltaik-Viehhaltungsprojekts im Kreis Shangyi, Provinz Hebei, wird gezeigt, dass hier monokristalline Silizium-Bifazial-Photovoltaikmodule mit 650 Watt pro Modul zum Einsatz kommen. Dadurch wird die jährliche Stromerzeugung im Vergleich zu herkömmlichen Modulen um 15 % gesteigert. Das Photovoltaik-Viehhaltungsprojekt von CITIC Pacific Energy in Tonglu soll durchschnittlich 110 Millionen kWh pro Jahr erzeugen, 13.500 Tonnen Standardkohle einsparen und die Kohlendioxidemissionen um 35.400 Tonnen reduzieren.

• Stromkosteneinsparungen: Photovoltaikanlagen können landwirtschaftlichen Betrieben oder Anbauflächen Strom für den Eigenverbrauch liefern und so die Betriebskosten senken. Einige Betriebe berichten, dass sie durch das Modell „Photovoltaik und Viehhaltung“ rund 30 % ihrer Stromkosten einsparen können.

▶ Verbesserung der Zuchtbedingungen (Zuchtszenarien)

• Sommerliche Beschattung und Kühlung: Photovoltaikanlagen spenden im Sommer natürlichen Schatten für Nutztiere und senken so effektiv die Temperatur im Stall. In integrierten Projekten zur Tierhaltung und Solarenergie können Solaranlagen die Temperatur in Schafställen im Sommer um 3–5 Grad Celsius reduzieren und damit optimale Wachstumsbedingungen für die Tiere schaffen.

• Winterisolierung und Windschutz: Solarpaneele bieten auch im Winter eine Isolierung, reduzieren den Wärmeverlust und verbessern die winterlichen Lebensbedingungen für Nutztiere.

• Reduzierung von Hitzestress: Solarpaneele spenden Schatten für die Nutztiere, reduzieren so den Hitzestress und fördern ein gesünderes Zuchtumfeld.

▶ Anpassbare und schnelle Montage

• Das Produkt ist modular aufgebaut und wird vor dem Versand weitgehend vormontiert. Die Montage vor Ort erfordert kein Schneiden oder Bohren, sondern lediglich Schraubverbindungen, wodurch sich die Bauzeit deutlich verkürzt. Es lässt sich flexibel an kundenspezifische Anforderungen hinsichtlich Spannweiten, Anzahl der Stellplätze und Bauformen anpassen und erfüllt somit die Anforderungen des Konzepts „Ein Plan, ein Design“.

▶ Optimierung der Pflanzumgebung (Pflanzszenarien)

• Regulierung des Sonnenlichts: Durch die Anpassung des Abstands zwischen den Solarmodulen (bis zu über 4 Metern, wodurch eine Lichtdurchlässigkeit von 30–70 % erreicht wird) lassen sich für Pflanzen mit unterschiedlichen Lichtbedürfnissen optimale Lichtverhältnisse schaffen. In Tee-Solar-Hybridprojekten reduzieren die Solarmodule im Sommer die direkte Sonneneinstrahlung und verbessern, in Kombination mit der Vorliebe der Teepflanzen für diffuses Licht, die Teequalität bei gleichzeitiger Stromerzeugung.

• Schutz der Ernte: Solarpaneele können Nutzpflanzen vor Hagel, Frost, Dürre und Überhitzung schützen und so die Erträge stabilisieren.

• Deutlicher Wasserspareffekt: Durch die Beschattung der Solarpaneele wird die Verdunstung der Bodenfeuchtigkeit verringert, wodurch etwa 20 % des Bewässerungswassers eingespart werden.

▶ Effiziente Landnutzung

• Doppelte Landnutzung: Durch die Realisierung eines dreidimensionalen Landnutzungsmodells mit „Stromerzeugung auf dem Dach, Anbau/Tierhaltung unter dem Dach“ wird die Gesamtproduktivität pro Flächeneinheit deutlich verbessert. Ein Beispiel hierfür ist die Tierhaltungs- und Solaranlagen-Kombinationsgemeinschaft in Heli Town, die eine effiziente dreidimensionale Raumnutzung ermöglicht.

• Verbesserte Flächennutzung: Im Tee-Solar-Kombinationsprojekt wird eine großflächige, hochgestützte, einreihige Anordnung der Komponenten gewählt, um die Teegartenfläche optimal zu nutzen und eine ökologisch nachhaltige Entwicklung zu gewährleisten. Das flexible Trägersystem kann die Flächennutzung zudem um mehr als 30 % steigern.

▶Förderung der Kreislaufwirtschaft

• Im Szenario der komplementären Nutzung von Viehhaltung und Solarenergie kann der Dung von unter den Photovoltaikmodulen gehaltenen Nutztieren nach der Fermentation als organischer Dünger für die umliegenden landwirtschaftlichen Flächen verwendet werden. Dadurch wird der Einsatz chemischer Düngemittel reduziert und eine zirkuläre landwirtschaftliche Industriekette aus „Photovoltaik-Stromerzeugung – spezialisierter Tierhaltung – ökologischer Anpflanzung“ geschaffen.

Parameter

Installation	Boden
Stiftung	Schraubpfahl / Beton
Windlast	bis zu 60 m/s
Schneelast	1,4 kN/m²
Durchfahrtshöhe	2,5–5,5 Meter
Rahmentyp	Neigungstyp mit fester Neigung / Neigungstyp mit verstellbarer Neigung / Flexibler Rahmen / Nachführrahmen
Standards	GB50009-2012, EN1990:2002, ASCE7-05, AS/NZS1170, JIS C8955:2017, GB50429-2007
Material	Eloxiertes Aluminium AL6005-T5, Edelstahl SUS304
Garantie	10 Jahre Garantie

 

Anwendbare Szenarien

▶ Photovoltaik- und Bepflanzungsszenarien

Landwirtschaftliche Photovoltaik-Unterstützungssysteme (PV) wurden in verschiedenen Anbauszenarien erfolgreich eingesetzt:

 

• Tee-PV-Komplementärsystem: Im Kreis Menghai, Xishuangbanna, Provinz Yunnan, wird ein Modell angewendet, bei dem die Module Strom erzeugen und darunter Tee angebaut wird. Durch die Kombination der Eigenschaften von Teepflanzen – ihrer Vorliebe für Schatten, Feuchtigkeit und diffuses Licht – verbessert ein innovativer Ansatz mit großem Abstand, hohen Trägern und einreihiger Modulanordnung die Teequalität und erzeugt gleichzeitig Strom. So wird eine „doppelte Landnutzung“ erreicht.

 

• Heilkräuter-PV-Komplementärsystem: Im Kreis Ningming in der Provinz Guangxi wird ein dreidimensionales Mischkulturmodell aus Photovoltaikanlage, Unternehmen und traditioneller chinesischer Medizin (TCM) angewendet. Unter mehr als 1.300 Mu (ca. 600 Hektar) Photovoltaikmodulen wird Fünffingerpfirsich angebaut, mit einem Ertrag von bis zu 1.000 kg pro Mu (ca. 600 Hektar) und einem Gewinn von über 10.000 Yuan. So wird Strom auf den Modulen erzeugt und gleichzeitig Heilkräuter darunter angebaut. Auch im Kreis Xifeng in der Provinz Guizhou wird ein neues Modell erprobt, bei dem Strom auf den Modulen erzeugt und Heilkräuter darunter angebaut werden. Geplant ist der Anbau von Spargel und anderen TCM-Heilpflanzen unter mehr als 2.000 Mu (ca. 1.200 Hektar) Photovoltaikmodulen.

 

• Ergänzendes Photovoltaikprojekt für Orangen/Früchte: Im Kreis Xinping in Yuxi, Provinz Yunnan, wurde ein Photovoltaik-Kraftwerksprojekt realisiert, das Land- und Forstwirtschaft mit Obstplantagen integriert und so ein Demonstrationsprojekt zur „ergänzenden Photovoltaik“ bildet. Die flexiblen Photovoltaik-Träger von Jusheng Technology wurden über den Obstplantagen errichtet und sorgen für ausreichend Sonnenlicht und Platz für das Pflanzenwachstum.

 

• Konventionelle Pflanzung: Auf kargen Berghängen oder an Hängen kommt ein System mit hohen, weit auseinanderliegenden Trägern zum Einsatz. Die Photovoltaik-Module ragen 2,5 Meter über den Boden und sind in einem festen Neigungswinkel von 27 Grad angeordnet, wodurch eine segmentierte Nutzung des Sonnenlichts erreicht wird. Unter den Modulen werden ertragreiche Heilkräuter und landwirtschaftliche Nutzpflanzen angebaut.

 

▶ Szenarien für Photovoltaik und Viehhaltung (Ergänzungsprojekt Photovoltaik für die Viehhaltung)

 

• Viehzucht (Rinder und Schafe): Im Kreis Shangyi in der Provinz Hebei nutzt ein 400-MW-Photovoltaikprojekt zur Ergänzung der Viehhaltung monokristalline, bifaziale Silizium-Photovoltaikmodule. Die Module sind auf Betonrohrträgern montiert, die eine hohe Tragfähigkeit sowie Widerstandsfähigkeit gegen Reibung und Stöße durch die Tiere gewährleisten. Im integrierten Photovoltaikprojekt für die Viehhaltung in der Stadt Xinhua senken die Photovoltaikmodule die Temperatur im Schafstall im Sommer um 3–5 Grad Celsius und schaffen so optimale Wachstumsbedingungen für die Schafe.

 

• Geflügelzucht: Im Zuchtgebiet „Viehzucht und Solarenergie“ in Heli, Kreis Gaotai, werden freilaufende Hühner und Gänse unter Photovoltaikanlagen gehalten. Die Photovoltaikmodule spenden natürlichen Schatten und schaffen ein geeignetes Mikroklima für das Geflügel. Im Photovoltaik-Kraftwerk Huamachi der Fugu Energy Dingbian New Energy Company erzeugen die Photovoltaikmodule nicht nur Strom, sondern bieten den Tieren auch natürlichen Schutz: Sie spenden Schatten im Sommer und Windschutz im Winter, was zu einem gesünderen Wachstum von Hühnern und Schafen beiträgt.

 

• Fisch-Solar-Komplementarität: Im Perlflussdelta und in den Seengebieten Zentralchinas werden flexible Photovoltaik-Trägersysteme mit großer Spannweite eingesetzt, um die Anzahl der Pfahlgründungen zu reduzieren und so die Beeinträchtigung der Fischteichzucht deutlich zu minimieren. Der wissenschaftlich berechnete Reihenabstand gewährleistet ausreichend Sonnenlicht unter Wasser und ermöglicht so die optimale Integration von Photovoltaik-Stromerzeugung und hochwertiger Aquakultur.

 

 

Wichtige Hinweise:

▶ Überlegungen zur Entwurfsphase

• Umfrage zum Lichtbedarf von Nutzpflanzen und Nutztieren: Eine gründliche Untersuchung des Lichtbedarfs der angebauten Pflanzen ist unerlässlich. Bei einigen Projekten zur Kombination von Agrar- und Photovoltaikanlagen kam es aufgrund technischer Einschränkungen, wie beispielsweise fest installierter Träger, zu Ertragseinbußen oder einem „Licht-über-Feld“-Phänomen. Abstand und Neigungswinkel der Komponenten sollten entsprechend der Lichtsättigung der Pflanzen angepasst werden, um übermäßige Beschattung zu vermeiden.

 

• Kompatibilität der landwirtschaftlichen Mechanisierung: Sollen große landwirtschaftliche Maschinen auf der Anbaufläche eingesetzt werden, muss der tiefste Punkt des Stützrahmens mindestens 4-5 Meter über dem Boden liegen. Außerdem müssen Schwingungsdämpfer installiert werden, um Kollisionen mit den Maschinen zu vermeiden.

 

• Bereitstellung von Flächen für Aktivitäten im Bereich Tierhaltung: In der Tierhaltung muss ausreichend Platz für die Tieraktivitäten und die Kontrolle durch das Personal vorhanden sein. Der Abstand zwischen den Stützpfeilern muss den Anforderungen an den Tierdurchgang entsprechen.

 

• Frühere geologische Untersuchung: Die Wahl des geeigneten Fundamenttyps sollte auf der Bodenart basieren – Fundamente auf weichem Boden erfordern eine sorgfältige Beurteilung, während Schraubpfähle zur Verbesserung der Baueffizienz in Permafrost-/Felsschichten eingesetzt werden können.

 

• Die klimatischen Bedingungen müssen umfassend berücksichtigt werden: In taifungefährdeten Gebieten muss die Windbeständigkeit verbessert werden (Kabelnetzkonstruktionen sollten Windkanaltests unterzogen werden); in hochgelegenen und kalten Regionen ist eine Schneelastberechnung erforderlich.

 

▶ Vorsichtsmaßnahmen in der Installationsphase

• Qualität der Fundamentkonstruktion: Die Tragkonstruktion sollte fest sein, eine ausreichende Auszugsfestigkeit aufweisen und die Installationsabweichung innerhalb von ±5 mm gehalten werden.

 

• Kontrolle der Installationsgenauigkeit: Der Winkel zwischen der horizontalen und der vertikalen Ebene sollte dem vorgesehenen Neigungswinkel entsprechen, wobei ein Installationsfehler von ±2° nicht überschritten werden darf.

 

• Befestigungsspezifikationen: An den Verbindungsstellen der Tragelemente müssen passende Standardteile verwendet werden, und das Anzugsmoment muss den Vorgaben entsprechen. Das Reduzieren der Anzahl von Schrauben, Unterlegscheiben und Federscheiben ist strengstens untersagt.

 

• Korrosionsschutz: Stahlprofilschnitte sollten mit Korrosionsschutzmaßnahmen behandelt, Schweißnähte glatt geschliffen und Schnittstellen frei von Graten sein.

 

 

Zusammenfassung

Landwirtschaftliche Photovoltaik-Unterstützungssysteme bilden die Kerninfrastruktur für komplementäre agrophotovoltaische und pastorale Photovoltaik-Modelle. Sie integrieren auf intelligente Weise die photovoltaische Stromerzeugung mit der landwirtschaftlichen Produktion und erreichen so ein innovatives Landnutzungsmodell, bei dem die Stromerzeugung auf den Paneelen und der Anbau/die Viehzucht darunter stattfindet.

 

Aus technischer Sicht bietet das System flexible Konfigurationsmöglichkeiten, die auf spezifische Anwendungsszenarien zugeschnitten sind: Im Pflanzenbau sorgen Konstruktionsmerkmale wie hohe Stützen (≥ 2,5 Meter), große Abstände (6–20 Meter) und eine steuerbare Lichtdurchlässigkeit (30–70 %) für eine optimale Beleuchtung und ausreichend Wachstumsraum für die darunter stehenden Pflanzen. In der Tierhaltung kombinieren die PV-Module Stromerzeugung mit Beschattung, Kühlung, Windschutz und Isolierung. Dadurch wird die Temperatur im Stallbereich im Sommer effektiv um 3–5 °C gesenkt und die Stromkosten für Viehbetriebe um ca. 30 % reduziert.

 

Aus ökonomischer Sicht erzielt das System einen doppelten Nutzen: „Steigerung der Einnahmen aus der Stromerzeugung und Steigerung der landwirtschaftlichen Produktion“. Am Beispiel einer 400-MW-Photovoltaikanlage für die Landwirtschaft lässt sich zeigen, dass die jährliche Stromerzeugung mehrere hundert Millionen Kilowattstunden erreichen kann, während gleichzeitig mehrere zehn Millionen Kilowattstunden Ökostrom produziert werden. Darüber hinaus kann die Anlage für den Mischanbau mit Heilkräutern, Tee, Früchten und anderen Nutzpflanzen genutzt werden, wodurch das Einkommen der umliegenden Landwirte steigt und eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft entsteht.

 

Aus politischer Sicht trägt dieses System aktiv zur nationalen „Dual-Carbon“-Strategie und den Maßnahmen zur Revitalisierung des ländlichen Raums bei und passt sich dem politischen Umfeld der „umfassenden Landnutzung“ und der „Reduzierung der landwirtschaftlichen Kohlenstoffemissionen“ an. Da sich die Photovoltaikbranche insgesamt in Richtung diversifizierter Szenarien und umweltfreundlicherer Ansätze entwickelt, wird sich der Anwendungsbereich landwirtschaftlicher Photovoltaik-Unterstützungssysteme weiter ausdehnen.

 

Referenzprojekt Solar First

• 
• 
•  

 

 

Verwandte Wissenspunkte