Die Aussicht auf Agri-PV in Nigeria

Einführung

Nach Angaben des Welternährungsprogramms (2023) sind über 345 Millionen Menschen in 82 Ländern von Ernährungsunsicherheit bedroht, was die Menschen teilweise aufgrund der Klimakrise und der darauffolgenden COVID-19-Pandemie in einen steilen globalen Hunger stürzt. Es ist dringend erforderlich, den Nahrungsmittelbedarf zu decken, um diesen katastrophalen Hunger abzuwenden. Darüber hinaus kann die Nutzung erneuerbarer Energien dazu beitragen, die Auswirkungen des Klimawandels zu verhindern, da sie aus sauberen, umweltfreundlichen Quellen erzeugt werden. Erneuerbare Energietechnologien wie Wind, Sonne, Wasserkraft, Biomasse und Geothermie sind einige der Technologien, die anstelle fossiler Brennstoffe zur Stromerzeugung eingesetzt werden. Die Erzeugung von Solarphotovoltaik (PV) ist in Nigeria eine überwiegend eingesetzte Technologie für erneuerbare Energien, da sie einfach zu warten und kostengünstig ist. Je nach Anwendung kann es auf dem Dach, auf Masten oder auf dem Boden montiert werden. Die freiflächenmontierten PV-Module nehmen eine große Fläche ein. Es schränkt die Möglichkeiten anderer wirtschaftlicher Möglichkeiten ein, die sich auf solchen Flächen ergeben könnten, insbesondere in Gebieten, in denen es einen Wettbewerb zwischen Solar-PV und Landwirtschaft gibt. Dies wirft jedoch die Frage auf, ob Ackerbau und Solaranlagen miteinander vereinbar sind.

Konzept

Agrophotovoltaik oder Agrivoltaik beschreibt die Komplementarität von landwirtschaftlichen Praktiken und solarer PV-Energieerzeugung. Dieses Konzept wurde 1981 von einem Freiburger Wissenschaftler, Armin Zastrow, und dem deutschen Physiker Adolf Goetzberger vom deutschen Institut Fraunhofer ISE als Lösung für Landwirte entwickelt, um saubere Energie zu installieren, ohne die Landnutzung einzuschränken. Das erste Forschungspilotprojekt wurde jedoch 2004 von Akira Nagashima in Japan durchgeführt. Dieses System wurde in einigen anderen Ländern übernommen, darunter in der Schweiz, China, Belgien, Japan, Frankreich, Kenia und Österreich. Im Februar 2022 eröffnete eine Zusammenarbeit zwischen dem African Centre for Technology Studies, dem Centre for Research in Energy and Energy Conservation, dem Stockholm Environment Institute, der University of Sheffield, York, der University of Teesside, Großbritannien, und World Agroforestry das erste Das Agrivoltaik-System in Ostafrika hat seinen Standort in Insinya, Kenia, gefunden, um die Entwicklung der Technologie zu fördern und zu experimentieren, wie Benutzererfahrungen die Einführung der Systeme in ganz Ostafrika fördern können. Seitdem hat sich die Agri-PV weiterentwickelt. Forschungs- und Experimentierbemühungen zu Designs, die bei der Umsetzung eine effektive und effiziente Energieerzeugung und Ernteerträge gewährleisten, sind im Gange, insbesondere im Hinblick auf die Platzierung von Solarmodulen als Schattenspender. Sonnenlicht ist für die Photosynthese lebenswichtig und für das Pflanzenwachstum notwendig. Eine Belichtung, die den Lichtsättigungspunkt überschreitet, kann sich jedoch negativ auf die Pflanze auswirken. Daher reduzieren Agri-PV-Anlagen die für die Pflanzen verfügbare Beleuchtung, indem sie als Schatten dienen. Forschungsergebnissen zufolge variieren die Auswirkungen der Beschattung auf die Pflanzenproduktion je nach Wetterbedingungen und sind nicht leicht vorherzusagen. Einige Pflanzen, die unter schattigen Bedingungen gedeihen, sind unter anderem: Beeren, Kräuter, Sojabohnen, Erdnüsse, Kartoffeln, Tomaten und Salat. Laut Shiva Gorjian und anderen Autoren in ihrer Studie zum Thema „Fortschritte und Herausforderungen der Pflanzenproduktion und Stromerzeugung in Agrivoltaiksystemen unter Verwendung semitransparenter Photovoltaiktechnologie“ sind Agrivoltaiksysteme anhand einer Vielzahl von Metriken kategorisiert. Einige dieser Metriken sind (A). Basierend auf der Art der Anwendung (Ackerbau, Weidewirtschaft, Aquakultur und Gartenbau). (B). Basierend auf der Bewegung von Modulen (feste, einachsige oder zweiachsige Nachführung) (C). Basierend auf der Art des Systems (geschlossen oder offen). (D) Basierend auf der Art der Struktur (PV-Abstand oder Überkopf-PV). Basierend auf dem Strukturtyp bietet die PV-Abstandsstruktur ausreichend Abstand zwischen Reihen von PV-Arrays, um die landwirtschaftliche Produktion zu unterstützen. Es eignet sich für den Ackerbau und die Weidewirtschaft. Bei dieser Struktur ist der Einsatz von Maschinen auf die Reihenräume beschränkt und die Landnutzungseffizienz ist gering. Die vertikale PV-Struktur ist eine Form der beabstandeten PV-Struktur mit bifazialen Modulen. Die Reihenhöhe bestimmt oft den verfügbaren Reihenraum für die landwirtschaftliche Produktivität. Andererseits platziert die PV-Überkopfstruktur die PV-Module 2 bis 6 Meter über dem Boden und ermöglicht so den Pflanzenanbau darunter und den Einsatz von Maschinen ohne Hindernisse. Im Vergleich zu PV-Zwischenstrukturen ist die Landnutzungseffizienz höher. Es eröffnet die Möglichkeit, Bewässerungsmanagement und Regenwassernutzung zu integrieren. Aufgrund der Komplexität der Montagekonstruktion ist es jedoch teurer. Freiluft-PV eignet sich für den Gartenbau, den Ackerbau und den Gewächshausbau.

Lesen Sie auch: GPPS erhält Anerkennung für Investitionen in Schiffsreinigungstechnologie und Innovation

Vorteile und Nachteile

Laut einer Studie der Oregon State University zum Thema „Sustainable Farm Agrivoltaics“ ist Agrivoltaik eine Win-Win-Win-Beziehung zwischen den drei grundlegendsten Elementen des modernen Lebens: Nahrung, Wasser und Energie. Agri-PV stellt einen vielversprechenden Weg für die symbiotische Koexistenz nachhaltiger Landwirtschaft und erneuerbarer Energien dar. Es sorgt für die maximale Produktivität der Landfläche. Darüber hinaus mildert es die Auswirkungen des Klimawandels, indem es mithilfe der Solar-PV-Technologie Energie aus der Sonne erzeugt, was eine Möglichkeit zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen darstellt. Die Beschattung durch die Module, insbesondere in trockenen Regionen, verringert die Wasserverdunstung im Boden, verringert den Bedarf an Bewässerung und verringert die Geschwindigkeit der Bodendegradation durch die Schaffung eines günstigen Mikroklimas. Die Beschattung schützt bestimmte Pflanzen vor Hitzestress und verbessert den Gesamtertrag der Pflanzen. Um die negativen Auswirkungen des Schattens zu überwinden, reagieren Pflanzen außerdem mit einer Vergrößerung ihrer Blattfläche bei schattigen Bedingungen, was Agri-PV zu einer wünschenswerten Option für Gemüsesorten wie Salat macht, da die Blätter das wichtigste landwirtschaftliche Produkt sind. In trockenen Regionen bietet diese Technologie Möglichkeiten zum Anbau von Pflanzen und trägt so als Kohlenstoffsenken zur Reduzierung des atmosphärischen Kohlenstoffs bei. Der Einsatz von Agrivoltaik in ländlichen und landwirtschaftlichen Gemeinden könnte die Zusammenarbeit fördern, Beschäftigungsmöglichkeiten schaffen und eine florierende wirtschaftliche Wertschöpfungskette aus Stromkrediten und dem Verkauf landwirtschaftlicher Produkte schaffen. Dieses Phänomen ermöglicht eine kostengünstige Energieerzeugung.

Darüber hinaus erhöht die Nutzung von Land für zwei Zwecke die produktive Nutzung von Land. Es kann zur Stromversorgung von Gewächshäusern im ganzen Land eingesetzt werden. Der erzeugte Strom kann landwirtschaftliche Aktivitäten wie das Pumpen von Wasser für den landwirtschaftlichen Bedarf, die Beleuchtung und den Antrieb landwirtschaftlicher Maschinen wie Brutkästen antreiben. Überschüssige Energie kann in Batteriebanken gespeichert und zur Deckung des Energiebedarfs in der Nacht genutzt werden. Einer der größten Nachteile dieses Systems ist seine kapitalintensive Natur. Die Überlegungen zur Länge und Haltbarkeit der Überkopfkonstruktionen, auf denen die Module montiert werden, sind für die zusätzlichen Kosten des Systems verantwortlich, sodass die Montage von Überkopf-PV-Systemen teurer ist als bei herkömmlichen Dach- oder Bodenmontagekonstruktionen. Außerdem verursacht dieses System zusätzliche Betriebskosten für Wartung und Überwachung. Veränderungen der Boden- und Luftfeuchtigkeit können sich negativ auf das Wachstum bestimmter Pflanzen auswirken.

Abschluss

Agri-PV ist eine bemerkenswerte technologisch-ökologische Synergie, da Ernährungs- und Energiesicherheit für die sozioökonomische Entwicklung von entscheidender Bedeutung sind. Es spielt eine entscheidende Rolle bei der Energiewende und der Dekarbonisierung der Wirtschaft. Es bietet gute Aussichten in Nigeria und kann je nach Standortbedarf in Gebieten mit konkurrierendem Landraum erkundet werden. Agri-PV kann als Solar-Carport mit darunter liegender landwirtschaftlicher Produktion betrachtet werden. Es ist ein Werkzeug zur Steigerung der Rentabilität bei gleichzeitiger Maximierung des Platzbedarfs. Dieses System begünstigt nicht alle Kulturen; Derzeit laufen Versuche, um günstige Ernten zu ermitteln. Mit Tomaten und Blattgemüse kann in Nigeria experimentiert werden. Darüber hinaus wird die Unterstützung der Regierung und von Entwicklungsgeldern von entscheidender Bedeutung sein, um frühe Experimente und Anpassungen dieser Technologie zu unterstützen, da sie sehr kapitalintensiv ist. Außerdem sollten im Land Anstrengungen unternommen werden, um die Erforschung der Agri-PV über die Pflanzenproduktion hinaus zu fördern.