Aufgrund der wachsenden Weltbevölkerung und einer Zunahme extremer Wetterbedingungen werden die Landwirte der Zukunft wahrscheinlich verstärkt auf die Nutzung von Gewächshäusern setzen, um ausreichend ertragreiche Pflanzen anbauen zu können. Gewächshäuser bieten ein sicheres und stabiles Umfeld für den Anbau von landwirtschaftlichen Erzeugnissen, insbesondere in Gebieten mit extremen Temperaturschwankungen. Da sie allerdings ständig künstlich beheizt und/oder gekühlt werden müssen, benötigen sie oft enorme Energiemengen für ihren Betrieb.
Um dieses Problem zu lösen, wurde im Rahmen einer Studie der North Carolina State University die Möglichkeit untersucht, Solarzellen direkt in Gewächshäuser einzubauen, um einen Teil ihres Energiebedarfs auszugleichen. Herkömmliche Solarpaneele, die nicht lichtdurchlässig sind, wären dabei allerdings nutzlos, da sie das Licht blockieren würden, das die Pflanzen im Gewächshaus für ihr Gedeihen benötigen. Eine Lösung könnte jedoch eine neue Generation von halbtransparenten Solarzellen sein.
Das Forschungs-Team entwickelte ein Berechnungsmodell, mit dem das Stromerzeugungspotenzial von Solarzellen auf Gewächshäusern für den Tomatenanbau in den drei US-Bundesstaaten Arizona, North Carolina und Wisconsin genau bewertet werden konnte. Die Forschenden setzten glasartige organische Solarzellen ein, die ein geringen Gewicht besitzen, mit niedrigen Kosten verbunden sind und die Möglichkeit einer halbtransparenten Konstruktion bieten. Mit solchen Solarmodulen kann das Glasdach eines Gewächshauses grundsätzlich ersetzt und eine große Oberfläche für die Solarenergieerzeugung geschaffen werden.
Die richtige Wellenlänge finden
Das Team der North Carolina State University beschäftigte sich insbesondere mit der Herstellung von Solarzellen, durch die nur bestimmte Wellenlängen des Lichtspektrums blockiert werden würden. Da Pflanzen nur einige Wellenlängen für die Photosynthese benötigen, war es das Ziel der Forschenden, nur die Wellenlängen zu erfassen, die von den Pflanzen nicht genutzt werden, um so auch mit den Solarzellen das Pflanzenwachstum maximieren zu können.
Da allerdings durch den Einsatz halbtransparenter Solarpaneele immer auch einen Teil des Lichts blockiert wird, das von den Pflanzen benötigt wird, sollte mithilfe des Berechnungsmodells ein Kompromiss, ein perfektes Gleichgewicht zwischen der Energieerzeugung und dem Pflanzenwachstum gefunden werden. Und tatsächlich fanden die Forschenden heraus, dass der Zielkonflikt zwischen Energieerzeugung und Pflanzenwachstum an einigen Standorten so gering ausfallen würde, dass die Verwendung halbtransparenter Solarzellen sogar zu quasi energieneutralen Gewächshäusern führen könnte.
So könnten Gewächshäuser in Arizona zu Nullenergiehäusern werden, wo sie nur zehn Prozent des photosynthetischen Lichtbandes blockieren. In North Carolina würde der gleiche Effekt erreicht werden, wobei etwa zwanzig Prozent des für die Photosynthese notwendigen Lichts blockiert würden. An einigen Standorten könnten Landwirte auf diese Weise sogar bis zu doppelt so viel Energie erzeugen, wie sie benötigen – und das mit nur geringen zusätzlichen Verlusten für das Wachstumspotenzial.
Im kälteren und weniger sonnigen Wisconsin allerdings, wo die Gewächshäuser einen höheren Energiebedarf haben, wäre es nicht möglich, mithilfe der halbtransparenten Solarzellen energieneutral zu werden, wie die Studie ergab. Die dortigen Landwirte könnten jedoch immer noch fast die Hälfte ihres Stromverbrauchs ausgleichen – was die Kosten senken und die Nachhaltigkeit erhöhen würde.
Wenn die Glasplatten in Gewächshäusern durch die halbtransparenten Solarpaneele ersetzt werden würde das zwar auch bedeuten, dass die Landwirte einen gewissen Produktionsverlust hinnehmen müssten, zu hoffen wäre aber, dass Gewächshausbetreiber aufgrund der möglichen Energieeinsparungen vom Potenzial der neuen Solarpaneele überzeugt werden können. Brendan O’Connor, Mitverfasser der Studie und außerordentlicher Professor für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik an der North Carolina State University, erklärte in einer Pressemitteilung:
„Zwar nutzt die Technologie einen Teil des Lichts, auf das die Pflanzen angewiesen sind, aber wir glauben, dass die Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum vernachlässigbar sind – und dass der Kompromiss für die landwirtschaftlichen Erzeuger finanziell sinnvoll sein wird.“
Die Entwicklung von gebäudeintegrierter Photovoltaik-Technologie, bei der Sonnenkollektoren direkt in die Gebäude und nicht nur auf dem Dach installiert werden, erhöht die Gebäudefläche enorm, die für die Solarstromerzeugung zur Verfügung steht. Und der Bereich wird immer relevanter. Aktuell wird viel Forschung betrieben, um verschiedene Arten von Solarenergie erzeugenden Fenstern und Glasbausteine zu entwickeln, die direkt in Wände eingebaut werden können. Innovative Köpfe arbeiten sogar an der Idee von Straßen, die mit Sonnenkollektoren „gepflastert“ sind. Die so erzeugte Energie könnte zum Aufladen von Elektroautos, zum Entfernen von Eisflächen von der Straßenoberfläche und sogar zum Einschalten von Sicherheitsleuchten bei Nacht verwendet werden.
Dieser Artikel ist eine Übersetzung von Lydia Skrabania. Das Original erschien zuerst auf unserer englischen Website.
