Weitere schlechte Nachrichten für fossile Brennstoffe: Solarenergie auf dem Dach trifft auf Agrarvoltaik

Ein futuristisches neues Gebäude in Denver, Colorado, wird eine Solaranlage auf dem Dach beherbergen, die die städtische Landwirtschaft im aufstrebenden Bereich der Agri-PV auf Dächern unterstützt.

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Solarpaneele auf Dächern wetteifern mit dem Gründach-Trend um Platz, und eine Zeit lang sah es so aus, als wäre kein Dach groß genug für die beiden. Nun, das war damals. Der aufstrebende Bereich der Agri-PV wird bald von den Feldern auf die Dächer vordringen, und das Ergebnis könnte eine Verbreitung von solarbetriebenen Mikrofarmen auf Dächern im ganzen Land sein.

Die Idee hinter einem Gründach ist recht einfach. Anstatt ein flaches Dach mit einer Kunststoffmembran abzuschließen, können Sie eine Pflanzenschicht anbauen. Die Vegetation kühlt Gebäude bei heißem Wetter ab und kann auch Auswirkungen auf die städtische Umwelt haben, indem sie CO2 bindet und das Abfließen von Stürmen verhindert. Befürworter weisen außerdem darauf hin, dass die lebende Schicht dazu beiträgt, die Lebensdauer der darunter liegenden Membran zu verlängern.

Gründächer werden typischerweise mit Sedum und anderen pflegeleichten, nicht heimischen Arten bepflanzt. In jüngerer Zeit fördern Gründächer auch einheimische Arten und die Artenvielfalt. In Minnesota beispielsweise haben Forscher herausgefunden, dass mehrere Arten, die in den Prärien mit Felsvorsprüngen des Staates heimisch sind, gut für Gründächer geeignet sind.

„Pflanzen, die in felsigen Prärien wachsen, sind an Wachstumsbedingungen angepasst, die denen auf vielen Gründächern sehr ähnlich sind, einschließlich dünnem Wachstumsmedium und starker Einwirkung von Wind, Sonne und Trockenheit“, stellen sie fest.

Die Forscher warnen davor, dass einheimische Arten in ihrer natürlichen Umgebung auf der Suche nach Wasser Wurzeln tief in den Boden schlagen können. Das Team nimmt jedoch auch anekdotische Hinweise darauf zur Kenntnis, dass sich Pflanzen an die Dachumgebung anpassen und ihre Wurzeln horizontal wachsen lassen.

Die Idee, Sonnenkollektoren mit Gründächern zu kombinieren, stößt zunehmend auf Interesse, und eine Studie zu Solar- und Gründächern in Australien aus dem Jahr 2021 bestätigte etwas, was bodenmontierte Solarforscher bereits festgestellt haben: Die Vegetation unter einem Sonnenkollektor sorgt für Abkühlung Effekt, der die Effizienz der Solarumwandlung erhöht, da Solarmodule bei kühleren Temperaturen effizienter funktionieren.

Ziel der Studie war es vor allem, die städtischen Ökosystemleistungen von Gründächern zu bewerten. Die Forscher untersuchten zwei identische Dächer mit Solaranlagen auf dem Dach, eines mit Gründach und eines ohne. Die Studie lieferte unter anderem Vergleichsdaten zur Fähigkeit von Gründächern, Gebäude zu kühlen, sowie zur Verbesserung der städtischen Artenvielfalt und der Regenwasserrückhaltung.

Besonders interessant wurde es mit der Hinzufügung von Solarmodulen. Was die Pflanzen betrifft, so ergab die Studie, dass bestimmte Pflanzen im Schatten der Solarpaneele weitaus besser wuchsen als in anderen Umgebungen. Dies steht im Einklang mit Erkenntnissen im Bereich der Agrar-Photovoltaik, die zeigen, dass einige Nutzpflanzen im kühlenden, schützenden Mikroklima, das durch Sonnenkollektoren erzeugt wird, besser abschneiden.

Auf der Solarseite errechneten die Forscher, dass die Solarmodule in der Kombination aus Solardach und Gründach die reinen Solarmodule insgesamt um deutlich 13,1 % übertrafen.

Das World Green Infrastructure Network hat sich die Studie angesehen und die symbiotische Beziehung zwischen energiesparenden Gründächern und sauberer Energie aus Solaranlagen auf Dächern herausgefunden.

„Die Oberflächentemperaturen auf dem Gründach wurden stark gesenkt – in einigen Fällen im Sommer um bis zu 20 °C, was auf eine potenzielle Verringerung städtischer Wärmeinseleffekte hindeutet“, stellten sie fest. „Ein weiterer Vorteil des integrierten Systems war die Isolierung, die die Wärmeübertragung innerhalb des Gebäudes verhindert und die Wärme in kühleren Perioden speichert.“

„Insgesamt übertraf das integrierte Solar-PV-System auf Gründächern das herkömmliche Solar-PV-System und bestätigte, dass grüne Infrastruktur zu den einfachsten und effizientesten Lösungen gehört, die durch ihre vielfältigen Vorteile dazu beitragen können, unsere Städte widerstandsfähiger gegen den Klimawandel zu machen“, schlussfolgerten sie .

Mittlerweile hat sich auch das Geschäft mit dem großflächigen Anbau von Nahrungsmitteln auf Dächern etabliert. Das New Jerseyer Blaubeerunternehmen Full Blues beispielsweise hat seinen proprietären Anbauprozess auf ein weitläufiges Dach in New York City angewendet.

Ein weiteres Beispiel ist das preisgekrönte Unternehmen Brooklyn Grange, das auf dem Dach des Jacob Javits Convention Center in Manhattan eine riesige Dachfarm mit Obstgarten, Lebensmittelwald und Gemüseanbau errichtet hat.

Die Idee, den Dach-Farm-Mix durch Solarenergie zu ergänzen, nahm bereits im Jahr 2015 Gestalt an, als das Hydrokulturunternehmen Gotham Greens auf einer Seifenfabrik in Chicago ein zwei Hektar großes System von Dachgewächshäusern errichtete. Seitdem hat das Unternehmen sein Dachlandwirtschaftsmodell kontinuierlich ausgebaut.

All diese Aktivitäten haben den Grundstein für die Einführung der Agrar-PV-Technologie in der Dachlandwirtschaft gelegt.

Für diejenigen unter Ihnen, die mit dem Thema noch nicht vertraut sind: Unter Agrivoltaik versteht man Solaranlagen, die für die Landwirtschaft in großem Maßstab konzipiert sind. Bei den ersten Projekten handelte es sich typischerweise um Bestäubungslebensräume und Weideflächen. Mittlerweile hat sich das Feld auf den Nahrungsmittelanbau für den Menschen sowie auf die Wiederherstellung von Ökosystemen ausgeweitet.

Das Colorado-Solarunternehmen Sandbox Solar hat sich unter anderem dank der Forschungsförderung des US-Landwirtschaftsministeriums einen Namen als Agri-PV-Innovator gemacht.

Ein besonders interessantes Projekt betrifft eine Reihe von Gewächshäusern auf der Farm Spring Hill Greens in Colorado. Sandbox entdeckte eine Möglichkeit, bifaziale Solarmodule auf Landstreifen zwischen den Gewächshäusern zu platzieren, die sonst unbrauchbar wären. Die bifazialen Paneele sind vertikal montiert, um das von den Gewächshäusern reflektierte ultraviolette Licht einzufangen.

Von Treibhäusern und bifazialen Solarpaneelen ist es nur ein Katzensprung zum Trend der Agrivoltaik auf Dächern.

Letztes Jahr modellierte ein Forscherteam in China und Japan die Fähigkeit der Agri-PV auf Dächern, den Zusammenhang zwischen Nahrung, Energie und Wasser zu lösen. Sie kamen zu dem Schluss, dass die Stadt Shenzhen in China über genügend Dächer verfügt, um genug Salat anzubauen, um die Stadt ein Jahr lang zu versorgen. Der Bedarf an Wasserressourcen für die Bewässerung eines solchen Systems wäre jedoch erheblich. Die Forscher schätzten außerdem, dass die Solarpaneele auf den Dächern des gesamten Systems nur 0,2 % des Stroms der Stadt liefern würden.

Die University of Arizona kann in den kommenden Jahren möglicherweise einige schwierige Daten beisteuern. Die Schule arbeitet seit 2017 an einem Solar-Plus-Farming-Projekt auf dem Dach. Die Solaranlage auf dem Dach wurde 2020 fertiggestellt und im August 2021 wurde mit der Bepflanzung begonnen. Im Jahr 2021 wurden auch Sensoren und andere Datenerfassungsinstrumente installiert.

Bisher liegt der Schwerpunkt auf dem Anbau einheimischer mehrjähriger und einjähriger Wüstenpflanzen, darunter Wolfsmilch und Weißdornakazie. „Das Saatgut wurde von Strategic Habitat Enhancements bereitgestellt, einer lokalen, von Frauen geführten Organisation, die dafür sorgte, dass das gesamte Saatgut rund um die Sonora-Wüste nachhaltig geerntet wurde“, stellt die Schule fest.

Bousselot arbeitet außerdem an einem Solarprojekt auf dem Dach mit städtischer Landwirtschaft im neuen Hydro-Gebäude der Colorado State University in Denver. Bleiben Sie also auf dem Laufenden, um mehr darüber zu erfahren.

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Foto: Das neue Hydro Building in Denver wird als Forschungsstandort für Solardächer und urbane Landwirtschaft dienen (mit freundlicher Genehmigung der Colorado State University).

Tina ist spezialisiert auf militärische und unternehmerische Nachhaltigkeit, Spitzentechnologie, neue Materialien, Biokraftstoffe sowie Wasser- und Abwasserfragen. Die geäußerten Ansichten sind ihre eigenen. Folgen Sie ihr auf Twitter @TinaMCasey und Spoutible.

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