„Die Technologie halbtransparenter Photovoltaikmodule (STPV) hat sich als vielversprechende Lösung erwiesen, um die negativen Auswirkungen dichter Beschattung in Anbausystemen zu mindern und gleichzeitig eine hohe Moduldichte zu gewährleisten“, so die Wissenschaftler. „Unseres Wissens ist dies das erste replizierte Forschungsexperiment, das verschiedene Transparenzgrade von Modulen in einem bewässerten Gemüseanbaugebiet untersucht.“

Das Experiment wurde über zwei Anbausaisons (2020 und 2021) durchgeführt. Der Versuchsstandort befand sich in Fort Collins, Colorado, USA, auf einem dafür vorgesehenen Feld. Insgesamt wurde das Wachstum von sechs Gemüsesorten getestet: Jalapeño, Paprika, Salat, Sommerkürbis, Tasmanische Schokoladentomaten und Rote Renntomaten.

„Auf dem gesamten Gelände gab es drei Pflanzreihen – eine nördliche, eine mittlere und eine südliche“, erklärte die Gruppe. „Salat, Paprika und Tomaten wurden in zwei versetzten Unterreihen in 0,9 m breiten Beeten in der nördlichen und südlichen Reihe angebaut, die mit schwarzer Mulchfolie abgedeckt waren. Kürbis wurde in beiden Jahren ausschließlich in der mittleren Reihe mit einem Mittenabstand von 1,2 m angebaut.“

Die Wissenschaftler verwendeten jeweils drei PV-Module jedes Typs. Diese wurden in einem Winkel von 35 Grad nach Süden ausgerichtet installiert, wobei die Unterkante der Module 1220 mm und die Rückseite 2360 mm über dem Boden lag. Die ST-CdTe-Module hatten eine Nennleistung von 57 W, die BF-Si-Module 360 ​​W und die O-Si-Module 325 W.

„Jede der zwölf Anbauparzellen, sowohl mit als auch ohne Photovoltaikanlage, hatte eine Breite von 4,3 m und einen Abstand von 4,3 m zwischen benachbarten Parzellen“, so die Forscher. „Durch die Montage auf einem einzelnen Mast wanderte der Schattenwurf der Module im Laufe des Tages. Dadurch erhielten die Pflanzen sowohl am frühen als auch am späten Nachmittag direktes Sonnenlicht, während die maximale Beschattung während der Sonneneinstrahlung und direkt unter den Modulen stattfand.“

Den Ergebnissen zufolge wiesen die Sommerkürbisse unter allen drei Modultypen deutlich geringere Erträge auf als die Kontrollparzelle, unabhängig von der Modultransparenz. Während die Kürbisse in der Kontrollparzelle unter voller Sonneneinstrahlung 5,1 kg pro Pflanze erbrachten, betrug der Ertrag im BF-Si-Szenario 3,2 kg, im O-Si-Szenario ebenfalls 3,2 kg und im ST-CdTe-Szenario 4,1 kg.

Die anderen Gemüsesorten erzielten unter der 40%igen transparenten ST-CdTe-Behandlung gleiche oder höhere Durchschnittserträge als die Kontrollgruppe, jedoch ohne statistisch signifikante Unterschiede. Jalapeño-Paprika ergaben 155 g pro Pflanze in voller Sonne, 161 g in BF-Si, 155 g in O-Si und 162 g in ST-CdTe, während Paprika 295 g pro Pflanze in voller Sonne, 294 g in BF-Si, 278 g in O-Si und 346 g in ST-CdTe ergab.

„Die Optimierung von Agrar-Photovoltaikanlagen mit semitransparenten PV-Modulen könnte die landwirtschaftliche Produktion steigern und gleichzeitig den zusätzlichen Schutz durch ein belichtetes Blätterdach, wie er in herkömmlichen Agrar-Photovoltaiksystemen üblich ist, beibehalten“, so das Fazit der Forscher. „Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um die wirtschaftlichen Abwägungen zwischen erhöhter Modultransparenz und Gemüseanbau besser zu verstehen und dabei auch den höheren Energieertrag durch die bifaziale Modulstruktur zu berücksichtigen.“

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