Farmen in Zentral-Washington steigern ihren Ertrag mit Solarenergie

By | June 26, 2022
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Zwei geodätische Kuppeln werden in Nespelem gebaut, 16 Meilen nördlich des Grand Coulee Dam und dem Hauptquartier des Indianerreservats Colville. Ricky Gabriel scherzt, dass sie wie Thunderdome aus dem dystopischen Film von 1985 aussehen Verrückter Max.

Gabriel, ein Bauunternehmer aus Okanogan County, betrachtet die Nespelem-Kuppeln als ein herausforderndes mathematisches Puzzle, das präzise geschnittene und passende Holzstreben erfordert, um die kugelähnlichen Strukturen zu schaffen, die mit transparentem Kristallkunststoff bedeckt werden, um Gewächshäuser zu werden.

Die Kuppeln bestehen aus 20 geraden Seiten, die Halbkugeln bilden, die fast 20 Fuß hoch und 35 Fuß im Durchmesser sind. Sie bieten jeweils Platz für etwa 1.000 Quadratfuß Anbaufläche, um eine Vielzahl von Gemüse und Blumen anzubauen, die horizontal ausgebreitet und vertikal in Regalen gestapelt werden.


Diese Geschichte wird in Zusammenarbeit mit dem veröffentlicht Energie-Nachrichten-Netzwerkeine gemeinnützige Nachrichtenorganisation, die über den Übergang zu sauberer Energie berichtet.


Diese kompakten Wachstumsräume lassen auch Platz für Solarenergie, um draußen zu wachsen. Zwei benachbarte Reihen von Solarmodulen können 20 Kilowattstunden pro Jahr produzieren.

Die Solarzellen liefern Strom zum Heizen und Betreiben der Bewässerungsanlagen für die Kuppeln. Die Lebensmittel und der überschüssige Strom gehen direkt an die umliegenden Haushalte. Und die Planung und Ausführung dieses sogenannten Agrivoltaik-Projekts wird ein Beispiel sein, das Planern, Landwirten und Ingenieuren, die daran interessiert sind, mehr über diese neue Art der Nutzung von Ackerland zum gleichzeitigen Anbau von Nahrungsmitteln und Strom zu erfahren, über das Netz verbreitet werden soll.

„Die Gemeinde ist sehr begeistert davon“, sagte Tauni Bearcub, der Projektmanager von Konbit (ausgesprochen „kone-beet“), einem Unternehmen aus Boulder, Colorado, das sich auf Lebensmittelanbauprogramme mit Schwerpunkt auf den Gebieten der amerikanischen Ureinwohner spezialisiert hat. Sie ist auch ein Mitglied der Colville-Nation.

Das Projekt soll bis Juli fertig sein – weniger als einen Monat, nachdem Präsident Joe Biden Sofortmaßnahmen angeordnet hat, um die Lieferungen an US-Solarhersteller anzukurbeln, und eine zweijährige Zollbefreiung für Solarmodule aus Südostasien erklärt hat. Dies wird Washingtons erster Vorstoß in die Agrivoltaik sein, die Vermischung von Solarpaneelen mit wachsenden Pflanzen.

Die Idee der Agrivoltaik tauchte erstmals 1981 in Deutschland als auf ein Vorschlag der Wissenschaftler Adolf Goetzberger und Armin Zastrow, dass Solarmodule und Landwirtschaft dasselbe Land teilen können, um es rentabler zu machen. Das Konzept startete vor etwa 10 bis 12 Jahren, als die Kosten für Solarstrom sanken. Diese Praxis, die in Deutschland auch als Agrophotovoltaik und in Asien als Solarsharing bekannt ist, ist in Europa nach wie vor weiter verbreitet als in den Vereinigten Staaten.

In den Vereinigten Staaten hat die Agrivoltaik vor allem östlich des Mississippi Fuß gefasst, während sie auch in Arizona, Colorado, Oregon und jetzt Washington im Westen auftaucht.

„Die Ostküste war in diesem Fall etwas proaktiver“, sagte Chad Higgins, außerordentlicher Professor in der Abteilung für biologische und ökologische Ingenieurwissenschaften an der Oregon State University.

Agrivoltaikstandorte sind klein. Jordan Macknick, leitender Energie-, Wasser- und Landanalytiker am National Renewable Energy Laboratory in Golden, Colorado, schätzt, dass landesweit landesweit nur etwa 50 Morgen Land durch Feldfrüchte und Sonnenkollektoren gemeinsam genutzt werden. Der Nespelem-Standort ist etwa ein Drittel eines Morgens groß.

Macknick sagte, dass Agrivoltaik für Farmen mit Millionen und Tausenden von Hektar nicht praktikabel erscheint, aber diese Projekte sind eher für die Installation in kleinem Maßstab geeignet. „Der Sweet Spot ist 20 Morgen oder weniger“, sagte er.

Es gibt drei Arten von Agrivoltaik-Ventures. Das erste sind Sonnenkollektoren zwischen den Pflanzen. Zweitens grasen Schafe oder andere Tiere, die Gras im Schatten von Sonnenkollektoren fressen, die in New York und Minnesota zu finden sind.

Die University of Minnesota installierte 2018 Solarmodule mit einer Leistung von 30 Kilowatt auf einem Milchviehbetrieb, um 2019 eine Studie darüber durchzuführen, wie die Kühe mit den Solarmodulen interagieren. Diese Studie ergab, dass die Kühe den Schatten der Sonnenkollektoren suchten, was dazu führte, dass sie weniger grasten. Die Universität plant Folgestudien zur Reproduktionsleistung der Kühe sowie zu den langfristigen Auswirkungen auf ihre Gesundheit, Milch-, Fett- und Eiweißproduktion sowie Gewicht und Körperkondition.

Bei der dritten Art der Agrivoltaik handelt es sich um Blumen, in denen Bienen um die Sonnenkollektoren herumwandern und Pollen sammeln, um Honig herzustellen. Solche Projekte finden sich in Vermont, Minnesota, Illinois und Wisconsin.

Das Haarpflegeunternehmen Aveda hält Bienenstöcke auf seinem Campus in Blaine, Minnesota. Es fügte dem Blumenfeld, das zur Stromerzeugung für seinen Campus verwendet wird, eine 900-Kilowatt-Anordnung von Sonnenkollektoren hinzu.

Nationale Hektar für die Beweidung und Imkerei von Agrivoltaik sind nicht verfügbar.

Sonnenkollektoren und Landwirtschaft gedeihen am besten auf der gleichen Ebene, lockerem Boden, der sowohl Feldfrüchte als auch Stahlträger aufnehmen kann. Selbst mit dem Wachstum der Agrivoltaik dürfte der Bedarf an sauberer Energie vielerorts die Spannungen über die ländliche Landnutzung verstärken. Schätzungen für die Menge an Land, die erforderlich ist, um Bidens Ziel von 100 % sauberem Strom bis 2035 zu erreichen, reichen von einer Fläche, die größer als Delaware ist, bis zu einer Grundfläche von der Größe von South Dakota.

„Es wird massiven Druck auf landwirtschaftliche Flächen durch Solarenergie geben“, sagte Higgins letzten September bei einem Beratungsdienst der Washington State University Videokonferenz in San Juan County zum Thema Agrivoltaik. Higgins reagierte nicht auf mehrere E-Mail- und Telefonanfragen für ein Interview. Das Ackerland von San Juan County – das auch sehr teure Immobilien sind – ist in den letzten Jahren stetig geschrumpft, und er bot die Agrivoltaik als eine Antwort auf diese Herausforderung an.

Die Agrivoltaik erfordert einen heiklen Balanceakt zwischen Sonnenlicht, Kosten, Solarmodulen und Ernten. Der Solaranteil und der Ernteanteil haben eine sehr komplizierte Beziehung.

Eine große Herausforderung besteht darin, zu entscheiden, welche Pflanzen angebaut werden. Es gibt Grenzen für die Höhe – normalerweise zwei bis zwei Meter – der Solarmodule, was bedeutet, wie viel teurer Stahl verwendet werden muss. Die Höhe und Winkel der Paneele beeinflussen den Schatten und das Sonnenlicht, das jede Reihe von Pflanzen erreicht. Es ist erwähnenswert, dass nicht alle Pflanzen den ganzen Tag über Sonnenlicht benötigen, und einige gedeihen besser, wenn sie einige Zeit im Schatten stehen. Der Raum zwischen den Reihen der Solarmodule muss Platz für das größte landwirtschaftliche Gerät bieten, das verwendet werden soll. Ein weiteres Problem ist, dass sich die Arten von Kulturpflanzen von Jahr zu Jahr ändern können.

„Zum größten Teil ist der Solarteil der Gleichung viel einfacher“, sagte Macknick vom National Renewable Energy Laboratory.

„Ag muss sich an die vorhandene Solaranlage anpassen“, sagte Byron Kominek, Miteigentümer von Jack’s Solar Garden in Longmont, Colorado, das über vier Hektar Solarmodule verfügt und eng mit dem Labor zusammenarbeitet.

Eine universelle Wahrheit scheint zu sein, dass die Stromerzeugung auf diesen Farmen die größere und zuverlässigere Geldquelle ist. Macknick schätzte, dass die Stromverkäufe eines Standorts bis zu doppelt so hoch sein könnten wie die Ernteverkäufe.

Ein weiterer erschwerender Faktor sind Vorschriften. Die Agrivoltaik kombiniert industrielle und landwirtschaftliche ländliche Landnutzung, ein Konzept, das sich fast überall nicht sauber in Zonenvorschriften einfügt. Laut Macknick und Higgins variieren die Landnutzungsregeln von Landkreis zu Landkreis.

Als Jack’s Solar Garden, das 1,2 Megawatt Strom pro Jahr produziert, vor fünf Jahren zum ersten Mal vorgeschlagen wurde, erlaubte der Gastgeberbezirk nur die Produktion von 100 Kilowatt auf seinem Ackerland, also mussten sie die örtlichen Zonenregeln ändern lassen.

Versicherungen sind ein weiteres Problem mit konkurrierenden Prioritäten von normalerweise getrennten Einheiten: Entwickler wollen eine eingeschränkte Website, während Landwirte einen einfachen Zugang wünschen. Die Oregon State University eröffnet gerade eine experimentelle Agrivoltaik-Farm, an der viele verschiedene Regierungen und Eigentümer beteiligt sind.

„Die Versicherungsgespräche waren scharf. Wer haftet wofür?” Higgins sagte und fügte hinzu, dass die Anwälte „Monate und Monate und Monate von ‚Was-wäre-wenn‘-Lösungen durchliefen“.

In der Videokonferenz stellte Higgins fest, dass ein großes Hindernis für den Einsatz von Elektroautos in großer Zahl ihre begrenzte Reichweite in Verbindung mit dem Mangel an ländlichen Ladestationen ist. Strategisch platzierte Agrivoltaik-Farmen könnten zukünftige Ladestationen für ländliche und zwischenstaatliche Autobahnen versorgen, spekulierte er.

Geben Sie Konbit ein, dessen Projekte extrem kleine Farmen umfassen, einschließlich des Agrivoltaik-Betriebs in Nespelem. „Wenn Sie Lebensmittel auf Mikrofarmen anbauen, warum nicht Photovoltaik hinzufügen?“ sagte Konbit-Gründer Sanjay Rajan.

Rajan ist ein langjähriger Unternehmer aus Colorado, der sich auf die Finanzierung kleiner Unternehmungen spezialisiert hat, wie z. B. die Förderung der in Indien hergestellten Textilien und die Bereitstellung von Nahrungsmitteln für die Armen, insbesondere die amerikanischen Ureinwohner. Ursprünglich Ingenieur, hat er MBAs von der Columbia University und der London Business School.

Rajan holte Hugo Grisetti, einen langjährigen Architekten geodätischer Kuppeln aus Brooklyn, ins Boot, um die Nespelem-Kuppeln zu entwerfen.

Die Nation Colville hat keine Energieabteilung und Konbit ist nicht mit Nespelem Valley Electric Co-Op verbunden. Das 100.000-Dollar-Nespelem-Projekt wird mit Bundeszuschüssen bezahlt. Ein jährlicher Zuschuss in Höhe von 48.000 US-Dollar des National Renewable Energy Laboratory wird verwendet, um drei Jahre lang Daten aus dem Nespelem-Projekt zu sammeln. Das tatsächliche jährliche Betriebsbudget muss noch festgelegt werden. „Es ist ein Prototyp. Wir wissen es noch nicht“, sagte Konbits Bearcub.

Das Colville-Reservat ist in vier Distrikte unterteilt, und Bearcub hofft, irgendwann in jedem Distrikt einen Satz Kuppeln installieren zu können.

Macknick sagte über das Nespelem-Projekt: „Wir hoffen, dass es ein wirklich expandierendes Modell sein wird.“

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