Massachusetts ist führend in Solaranlagen mit doppeltem Verwendungszweck, die den Anbau von Feldfrüchten und Weidetieren mit sauberer Energie ermöglichen.

Die Sonnenkollektoren in den Feldern des Crop Research and Education Center der University of Massachusetts sehen nicht so aus, wie es die meisten von uns erwarten. Anstatt sich nahe an die Erde zu kauern, sind sie drei Meter über dem Boden montiert, und es gibt ausreichend Platz für Landwirte oder Kühe, um darunter zu wandern. Die Paneele sind durch zwei bis drei Fuß große Lücken getrennt, anstatt sich eng aneinander zu bündeln. Licht strömt durch diese Räume und darunter Reihen von Grünkohl und Rosenkohl ersetzen die typische nackte Erde oder das Gras.

Diese ungewöhnliche Anordnung ist eines der ersten Beispiele für eine Solaranlage mit doppeltem Verwendungszweck - manchmal auch als Agrivoltaik bezeichnet. Es handelt sich um eine Photovoltaikanlage, die weit genug vom Boden abhebt und so angeordnet ist, dass einige Pflanzen immer noch unter und unter den Platten wachsen können. Ziel ist es, Landwirten bei der Diversifizierung ihres Einkommens durch die Erzeugung erneuerbarer Energien zu helfen, gleichzeitig Land in landwirtschaftlicher Nutzung zu halten und Treibhausgasemissionen zu reduzieren.

"Dies scheint eine großartige Sache zu sein - man kann auf der Farm genau denselben Platz nutzen, um Geld aus der Solarproduktion zu generieren", sagte Brad Mitchell, stellvertretender Geschäftsführer der Massachusetts Farm Bureau Federation. "Aber es ist noch am Anfang."

Die Idee, auf demselben Land Sonnenenergie zu erzeugen und Getreide anzubauen, gibt es schon eine Weile. Einzelne Demonstrations- und Forschungseinrichtungen sind vorhanden oder in geplant Arizona, Japan und Frankreich. In den letzten Jahren ist das Konzept jedoch attraktiver geworden, da der Preis für Photovoltaikmodule gesunken ist, das Interesse an erneuerbaren Energien gestiegen ist und der finanzielle Druck auf Kleinbauern gestiegen ist. Und da Solaranlagen häufig die Landwirtschaft verdrängen und Spannungen zwischen den beiden Landnutzungen verursachen, wird die Landtechnik als mögliche Win-Win-Situation betrachtet.

Massachusetts steht an der Spitze des Vorstoßes. Der Staat ist ehrgeizig Ziele für erneuerbare Energien—Die aktuellen Ziele verlangen, dass 3,600 Megawatt Wind- und Solarkapazitäten bis zum Ende von 2020 benötigt, was sich verdoppelt die aktuelle Ausgabe des Staates der 1,800-Megawatt - hat ein reges Interesse an der Entwicklung von Solarprojekten hervorgerufen, aber die hohe Bevölkerungsdichte des Staates führt dazu, dass das verfügbare Land knapp ist.

Darüber hinaus argumentieren viele Anwälte aus der lokalen Küche, dass ein unzureichender Anteil der in Massachusetts konsumierten Lebensmittel dort angebaut wird. Die kurze Vegetationsperiode und die hohen Kosten für Arbeit und Land können die Landwirtschaft in Massachusetts zu einem finanziell prekären Angebot machen. Einige Befürworter sagen, dass Solaranlagen mit doppeltem Verwendungszweck das Potenzial haben, einige dieser Probleme auf einmal zu lösen.

Wenn sich Solarentwickler für ihre Projekte auf Ackerland wenden, wird das Grundstück an den Entwickler vermietet oder verkauft, der Oberboden wird abgetrennt und die Platten werden auf Betonfundamenten montiert, die in das Land eingebettet sind. Während die Verschiebung die Erzeugung erneuerbarer Energien ankurbelt, schwächt sie die lokale Nahrungsmittelversorgung. Etwas Grafschaften haben sogar begonnen, großflächige solare Entwicklungen auf landwirtschaftlichen Grundstücken zu verbieten, um das Land zu erhalten.

Entwicklungen mit doppeltem Verwendungszweck sind besonders auf die Bedürfnisse von Massachusetts zugeschnitten, und der Staat nutzt die Gelegenheit. Die UMass-Installation, eine Partnerschaft zwischen dem privaten Solarunternehmen Hyperion Systems und der Universität, beherbergt ein einzigartiges Forschungsprojekt, mit dem genau berechnet werden soll, wie unterschiedliche Kulturen unter erhöhten Platten aussehen. Das neue Solar-Incentive-Programm des Staates, das als Solar Massachusetts Renewable Target (SMART) bekannt ist, bietet zusätzliche Vergütung für Projekte mit doppeltem Verwendungszweck.

"Soweit wir wissen, macht kein anderer Ort das, was wir tun", sagte Michael Lehan, ein Berater von Hyperion Systems.

Die Geschichte von Agrivoltaics

Die Geschichte von Projekten mit doppeltem Verwendungszweck in Massachusetts geht auf 2008 zurück, als der Bauunternehmensbesitzer Dave Marley eine Solaranlage auf dem Dach seines Hauptsitzes in Amherst installierte und schnell entschied, noch mehr Energie zu erzeugen. Als er anfing, Ackerland als Standort zu betrachten, war Marley entschlossen, einen Weg zu finden, um die landwirtschaftliche Nutzung des Landes nicht zu unterbrechen.

Er betonte immer wieder: Ich möchte das Land am Leben erhalten. Ich möchte das Land nicht verdecken “, sagte Gerald Palano, Koordinator für erneuerbare Energien der Landwirtschaftsabteilung von Massachusetts.

In 2009 stand Marley mit Forschern bei UMass in Kontakt und in 2010 wurde seine Vision mit dem Bau eines 70-Panel-Arrays auf einer Forschungsfarm in South Deerfield, Massachusetts, Wirklichkeit. Im folgenden Jahr gründete Marley Hyperion Solar, um diesen neuen Ansatz für erneuerbare Energien zu verfolgen. Marley starb in 2013 und sein Sohn James hat das Geschäft übernommen.

Heute ist die von Dave Marley geplante Installation mit zwei Verwendungszwecken weiterhin vorhanden, um seine Ziele voranzutreiben. Die unteren Enden der Paneele sind drei Meter über dem Boden angehoben und steigen in der Luft auf 15-Füße. Sie sind so weit voneinander beabstandet, dass Sonnenlicht durch das darunter liegende Feld fällt, und können horizontal verschoben werden, um den Spalt anzupassen. Die Paneele werden durch vertikale Stangen gestützt, die 10-Füße in den Boden einbetten. Da kein Beton verwendet wird, ist die Beschädigung des Bodens begrenzt und vollständig reversibel.

"Was die Landwirte wirklich interessiert, ist das Land", sagte Lehan. "Und es gibt minimale Bodenstörungen."

Seit der Online-Veröffentlichung des Arrays in 2011 hat Stephen Herbert, Professor für Agronomie bei UMass, die Auswirkungen der Panels auf das Pflanzenwachstum untersucht. Seine Ergebnisse waren ermutigend.

Als er Gras und andere Futterpflanzen kultivierte, um weidende Kühe zu stützen, erwirtschaftete das Land unter den Feldern mehr als 90 Prozent des Volumens von Land, das direkter Sonne ausgesetzt war. Für Rindfleisch- und Milchviehhalter sind landwirtschaftliche Arrays ein "Kinderspiel", sagte Hebert zwischen Bissen eines frischen Rosenkohls, den er von einem Stiel unter einem Paneel gepflückt hatte.

Kann Agrivoltaics funktionieren?

Erste Ergebnisse deuten darauf hin, dass Gemüse wie Paprika, Broccoli und Mangold unter den Platten angebaut etwa 60 Prozent des Volumens produzieren können, das sie in voller Sonne hätten. Gleichzeitig bietet ein System mit doppeltem Verwendungszweck etwa die Hälfte der Stromerzeugungskapazität pro Hektar einer herkömmlichen Installation, und die Kosten sind höher.

Obwohl diese Systeme weniger Energieerzeugung und geringere Ernteproduktivität bieten als Solarkollektoren oder die Landwirtschaft allein, zahlt sich diese Kombination im Allgemeinen aus.

"Absolut", sagten Lehan, Palano und James Marley fast im Einklang.

Hyperion schätzt, dass sich Dual-Use-Installationen in durchschnittlich acht Jahren innerhalb von acht Jahren amortisiert haben. Staatliche und staatliche Zuschüsse können diese Frist verkürzen.

Um die Einführung dieses neuen Ansatzes zu beschleunigen, setzt Massachusetts etwas Geld in die Leitung. Im November startete der Staat das SMART-Programm, mit dem Solar-Eigentümer für jede erzeugte Kilowattstunde Energie einen festen Basissatz zahlen. Der Betrag, den sie verdienen, wird dann von den Stromkosten abgezogen, die sie aus dem Netz beziehen, wenn die Panels nicht genügend Strom produzieren. Wenn ein Eigentümer mehr Energie produziert, als er verbraucht, kann er diese Gutschriften auf zukünftige Rechnungen anwenden.

Die Basisraten für diese Solaranlagen liegen je nach Größe und Standort der Entwicklung zwischen 15-Cent und 39-Cent pro Kilowattstunde. Bei Projekten, bei denen Sonnenkollektoren mit Landwirtschaft kombiniert werden, werden 6-Cent pro Kilowattstunde zusätzlich verdient. In der Praxis bedeutet dies, dass ein 1-Megawatt-System auf landwirtschaftlich genutzten Flächen mit fest installierten Sonnenkollektoren, die pro Jahr rund 1.2 Millionen Kilowattstunden Energie erzeugen könnten, einen zusätzlichen 72,000-Betrag für die Stromrechnung bringt.

In den ersten sechs SMART-Wochen haben fünf Anträge Projekte mit doppeltem Verwendungszweck vorgeschlagen, und zwei weitere haben Vorabbestimmungsaufträge eingereicht, ein früherer Schritt in diesem Prozess. Palano sagte, mehrere weitere Entwickler hätten sich nach möglichen Entwicklungen erkundigt. Die vorgeschlagenen Projekte reichen von 249-Kilowatt bis zu 1.6-Megawatt.

„Wir glauben, dass das Interesse an großen Entwicklern und anderen groß ist, aber das Konzept ist neu. Daher müssen sie mehr Zeit investieren, um besser zu verstehen“, sagte er. "Wir sind froh, das Interesse bis jetzt zu sehen."

Nicht jede landwirtschaftliche Fläche profitiert von der Landwirtschaft. Die zusätzlichen Kosten und Mühen sind in einer Region möglicherweise nicht sinnvoll, in der bereits viel offener, nicht landwirtschaftlicher Bereich für Solaranlagen vorhanden ist.

Eine Solaranlage mit doppeltem Verwendungszweck in Massachusetts.

In Orten wie Massachusetts sagte Palano jedoch, die Technologie werde nur besser und hilfreicher werden. Er sieht bereits Interesse an Panels, die der Sonne folgen und ihre Energieerzeugung maximieren. Er erwartet auch ein wachsendes Interesse an Speicher, im Wesentlichen große Batterien, die Strom sammeln und speichern können, wenn die Sonne nicht scheint. Die Zukunft könnte sogar durchscheinende Tafeln umfassen, die mehr Licht in darunter liegende Pflanzen durchlassen, fügte er hinzu.

"Wir sagen, 'mal sehen, ob wir das auf die nächste Ebene bringen können", sagte Palano. „Wir freuen uns auf die Innovation.“

Dieser Artikel erschien ursprünglich auf Zivile Eats

Über den Autor

Sarah Shemkus ist eine freiberufliche Reporterin und Redakteurin, die über Business, Technologie, Lebensmittel und die Orte schreibt, an denen sie sich treffen. Ihre Arbeit erschien in Der Boston Globe, The Guardian, Schiefer und andere schöne Veröffentlichungen. Zu ihren Leidenschaften zählen Bauernmärkte, das Meer, Daten, scharfer Cheddar-Käse, Kriminalromane, National Public Radio, Pünktlichkeit, Reisen und richtige Grammatik. Folgen Sie Sarah auf Twitter @shemkus.

Top Foto: Tomaten wachsen unter Sonnenkollektoren an der University of Massachusetts. (Alle Fotos mit freundlicher Genehmigung von Hyperion Systems.)

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