Solarenergie für eine nachhaltige Landwirtschaft

Solarenergie entwickelt sich zu einem führenden Trend in der Branche der erneuerbaren Energien, insbesondere da die Technologiekosten stark sinken und der Wandel hin zu erneuerbaren Energien weltweit zunimmt.

Báo Nhân dân•30/11/2025

Solarkraftwerk Dau Tieng, Provinz Tay Ninh. (Foto: MINH PHUONG)

Solarkraftwerk Dau Tieng, Provinz Tay Ninh . (Foto: MINH PHUONG)

Solarenergie entwickelt sich zu einem führenden Trend in der Branche der erneuerbaren Energien, insbesondere da die Technologiekosten stark gesunken sind und der Umstieg auf erneuerbare Energien weltweit voranschreitet. Eine der gängigsten Methoden zur Umwandlung von Solarenergie in Strom zur Deckung des menschlichen Bedarfs ist die Nutzung von Solarmodulen.

Experten zufolge offenbart die weltweite Entwicklung von Solarkraftwerken jedoch erhebliche Einschränkungen hinsichtlich Umwelt und Landressourcen. Bei der Photovoltaik-Produktion werden giftige Chemikalien wie Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure und Fluorwasserstoff verwendet, die insbesondere für Produktionsarbeiter Gesundheitsrisiken bergen. Ein Bericht des Institute for Energy Research (IER) in den USA zeigt, dass Solarmodule bei gleicher Energieerzeugung 300-mal mehr Sondermüll produzieren als Kernkraftwerke. Solarmodule, die Schwermetalle wie Blei, Chrom und Cadmium enthalten, können den Boden schädigen, wenn sie zerkleinert und vergraben werden.

Darüber hinaus beanspruchen großflächige Solaranlagen viel Platz, behindern das Wachstum der Vegetation darunter und verwandeln diese Gebiete in karges Land.

In Vietnam hat sich die Solarenergie in den letzten Jahren rasant entwickelt, insbesondere in Ninh Thuan – der sogenannten „Solarenergiehauptstadt“ des Landes. Dieser Boom ist auf ein schnelles Wirtschaftswachstum , einen hohen Energiebedarf und stark sinkende Technologiekosten zurückzuführen. Allerdings beanspruchen großflächige Solaranlagen viel Land und belasten die Umwelt. Den meisten Projekten fehlen Pläne für die Entsorgung der Solarmodule nach deren Nutzungsdauer. Diese Module enthalten jedoch Materialien und Schwermetalle, die bei herkömmlicher Deponierung zu Umweltverschmutzung führen können.

Weltweit haben zahlreiche Forschungsgruppen versucht, die Grenzen von Flachsolaranlagen durch konzentrierte Solarenergie zu überwinden. Diese Technologie bündelt Sonnenlicht auf eine kleine Fläche, wodurch die Anzahl der benötigten Photovoltaikzellen deutlich reduziert wird. Eine Gruppe chinesischer Wissenschaftler gehörte zu den ersten, die ein Modell zur Trennung der Lichtkomponenten vorschlugen: Rotes und blaues Licht werden für die Landwirtschaft genutzt, der Rest wird in Strom umgewandelt. Dieses Modell ist jedoch sehr kostspielig, da es teure nanooptische Folien zur Lichttrennung benötigt, eine geringe Haltbarkeit aufweist und nur einen Fokussierungsfaktor von wenigen Zehnern erreicht. Daher eignet sich die Technologie derzeit nur für Laborzwecke.

Kürzlich entwickelte ein Autorenteam der Phenikaa-Universität nach der Durchführung des vom Nationalen Fonds für Wissenschafts- und Technologieentwicklung (Nafosted) finanzierten Projekts „Forschung, Entwurf und Herstellung eines umweltfreundlichen photovoltaisch-landwirtschaftlichen Systems auf Basis konzentrierter Solarenergietechnologie“ einen neuen Ansatz, der die zuvor genannten Mängel überwindet und für die Praxis geeignet ist.

Der Projektleiter, Associate Professor Vu Ngoc Hai, erklärte, dass das Forschungsteam anstelle eines Parabolrinnenkollektors zur geradlinigen Lichtbündelung eine Fresnel-Linse verwendet – ein dünnes, leichtes und kostengünstiges optisches Bauteil, das Licht mit einem Konvergenzkoeffizienten von bis zu mehreren Hundert Mal auf einen kleinen Punkt bündeln kann. Durch diese starke Lichtbündelung reduziert sich die benötigte Fläche der Photovoltaikzelle um ein Vielfaches, was Material, giftige Chemikalien, Abfall und Kosten senkt. Die Fresnel-Linse ist eine Erfindung des Teams im Rahmen dieses Projekts.

Professor Vu Ngoc Hai erklärte weiter, dass das Forschungsteam am Konvergenzpunkt einen halbdurchlässigen Spiegel platzierte, um die Komponenten des natürlichen Lichts zu trennen. Rotes und blaues Licht (zwei Lichtbereiche, die Pflanzen stark absorbieren) werden durch den Spiegel in den Anbaubereich geleitet. Das verbleibende Licht, insbesondere der Infrarotbereich mit seiner hohen Wärmeenergie, wird reflektiert und auf das hocheffiziente Solarpanel konzentriert. Durch die Trennung der Lichtkomponenten an einem kleinen Punkt reduziert sich die zu beschichtende Fläche um das 25- bis 30-Fache, wodurch haltbarere, kostengünstigere und industriell gefertigte Beschichtungsverfahren zum Einsatz kommen. Dies stellt eine deutliche Verbesserung gegenüber bestehenden Technologien weltweit dar.

Die getrennten roten und blauen Lichtquellen werden in Glasfasern geleitet und mithilfe optischer Strukturen neu verteilt. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Lichtverteilung auf die Pflanzen, vermeidet Schatten und verhindert Ertragseinbußen im Vergleich zu Modellen mit weit auseinanderliegenden Solarmodulen oder auf Gewächshausdächern montierten Modulen. Das hochenergetische reflektierte Licht wird mit einem höheren Wirkungsgrad als bei herkömmlichen Flachbildschirmen in elektrische Energie umgewandelt.

Laut dem Forschungsteam eröffnet diese Technologie vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten für agrophotovoltaische Anlagen in Vietnam, insbesondere in Gebieten mit hoher Sonneneinstrahlung, wo die Stromerzeugung mit dem Anbau von Nutzpflanzen kombiniert werden muss. In der nächsten Phase will das Forschungsteam das System weiterentwickeln, um seine praktische Anwendbarkeit zu evaluieren und die Technologie anschließend an Unternehmen und agrophotovoltaische Anlagen im Land zu übertragen.

Um die Skalierbarkeit zu gewährleisten, arbeitete das Team mit der Myongji-Universität (Südkorea) zusammen – einer Institution mit Expertise in Optik, Materialwissenschaften und erneuerbaren Energien –, um gemeinsam ein komplettes Prototypensystem für experimentelle Zwecke zu entwickeln. Diese Kooperation ermöglichte es dem Team, Leistungsmessungen unter verschiedenen Umweltbedingungen durchzuführen, darunter das tropische Klima von Hanoi und das gemäßigte Klima von Seoul, Südkorea. Sie evaluierten die Haltbarkeit von Fresnel-Linsen und optischen Filtern und verifizierten die Stabilität der Lichtverteilung auf den Pflanzen. Erste Testergebnisse zeigten, dass das System im Vergleich zu herkömmlichen Flachbildschirmmodellen unter gleichen Strahlungsbedingungen eine höhere Energieumwandlungseffizienz aufwies und gleichzeitig ein ausreichendes Rot-Grün-Spektrum für das Pflanzenwachstum bereitstellte, lokale Beschattung vermied und den Ertrag nicht reduzierte. Die ersten Erfolge des Kooperationsprojekts wurden in der international renommierten Fachzeitschrift PLOS ONE (Q1) veröffentlicht.

Laut Vertretern des Nationalen Fonds für Wissenschafts- und Technologieentwicklung beweist das Forschungsprojekt nicht nur die Machbarkeit der Photovoltaik-Agrartechnologie der nächsten Generation, sondern eröffnet Vietnam auch große Chancen, sich dem Kreis der Länder anzuschließen, die über konzentrierte Solarenergie für eine nachhaltige Landwirtschaft verfügen. Mit dem Ziel, optische Materialien weiter zu optimieren, Kosten zu senken und im Zeitraum 2025–2027 größere Prototypen zu entwickeln, wird erwartet, dass das System in Feldversuche überführt, in die Praxis umgesetzt und direkt zu Vietnams Zielen in den Bereichen grüne Landwirtschaft, Kreislaufwirtschaft und erneuerbare Energien beiträgt.

SCHNEELICHT

Quelle: https://nhandan.vn/dien-mat-troi-cho-nong-nghiep-ben-vung-post926876.html