Mit neuen Solarmodulen nutzen Gewächshäuser ihre eigene Energie
In der Schweiz erfordert der Anbau von Tomaten, Gurken, Paprika und anderen licht- und wärmeintensiven Gemüsesorten den Bau eines Gewächshauses, dessen Betrieb jedoch sehr viel Strom verbraucht. Die Landwirte müssen die Ernteerträge und die Wirtschaftlichkeit mit den Umweltaspekten abwägen: «Die Beheizung eines 5-Hektar-Gewächshauses kostet mehr als 1,5 Millionen Franken pro Jahr», sagt Nicolas Weber, der CEO von Voltiris, «und ein Gewächshaus dieser Größe stösst pro Jahr etwa so viel CO2 aus wie 2000 Menschen.«Der Schweizerische Verband der Obst- und Gemüseproduzenten, der landesweit mehrere tausend Hektar bewirtschaftet, hat sich zum Ziel gesetzt, bis 2040 vollständig auf fossile Energie in der Landwirtschaft zu verzichten. Das von Voltiris entwickelte System kann einen grossen Beitrag zur Erreichung dieses Ziels leisten. Die Technologie von Voltiris basiert auf der Tatsache, dass Pflanzen nicht alle im Sonnenlicht enthaltenen Wellen nutzen; die verbleibenden Wellen können auf Photovoltaikzellen (PV) konzentriert werden, um Solarstrom zu erzeugen. Das System von Voltiris ist leicht und so konzipiert, dass es der Bewegung der Sonne über den Himmel folgt, und bietet tägliche Erträge, die denen herkömmlicher Solarzellen entsprechen. Das erste Gemüse, das mit dem System von Voltiris angebaut wurde, konnte diesen Sommer im Rahmen von Pilotversuchen in zwei Gewächshäusern in den Kantonen Wallis und Graubünden geerntet werden.
Rot und Blau für Pflanzen, der Rest für PV-Zellen
Die beiden Pilotanlagen in Conthey und Graubünden lieferten die erste Ernte.© 2022 Voltiris
Sonnenlicht ist nicht nur für die Photosynthese, sondern auch für den Phototropismus (Wachstum in Richtung des Lichts) und den Photoperiodismus (Reaktion eines Organismus auf jahreszeitliche Veränderungen der Tageslänge) von entscheidender Bedeutung und damit natürlich auch für das Wachstum von Nutzpflanzen. Pflanzen sind jedoch wählerisch und nutzen nur einen Teil des Lichtspektrums mit einer Vorliebe für Blau und Rot. Die Voltiris-Strukturen lassen diese Wellenlängen durch, während der Rest (Grün und nahes Infrarot) reflektiert und auf ein Photovoltaikmodul fokussiert wird. Auf diese Weise wird erneuerbare Elektrizität erzeugt, ohne die landwirtschaftlichen Erträge zu beeinträchtigen, da 100 % des für die Pflanzen benötigten Lichts durchgelassen wird.
Die dichroitischen Spiegel – die je nach Beobachtungsbedingungen eine unterschiedliche Färbung aufweisen –, die unter dem Rahmen befestigt sind, sehen fast schon dekorativ aus und ähneln der Entspiegelung von Brillengläsern. Aber eines der Elemente, die das System einzigartig und so leistungsfähig machen, ist sein optimiertes und patentiertes optisches System, das das gefilterte Sonnenlicht effizient bündelt. Das zweite Patent des Start-ups bezieht sich auf seinen Sonnenfolger, der unter dem Dach angebracht ist und die Zeit bis zur Energiegewinnung um 40 % verlängert. Dank dieser beiden Innovationen gelingt dem Start-up das Kunststück, mit nur 50 % der Strahlen (grün und nahes Infrarot) einen ähnlichen Tagesertrag wie herkömmliche Solarpaneele zu erzielen, während der Rest von den Kulturen genutzt wird. «Langfristig planen wir, das reflektierende Glas je nach den Besonderheiten bestimmter Kulturen unterschiedlich zu behandeln, um den Ertrag zu optimieren», erklärt der CEO. Die leichte Installation passt in den Hohlraum zwischen dem Dach des Gewächshauses und der Oberseite der Pflanzen.
Deckung von 60-100 % des Energiebedarfs eines Gewächshauses
Die Installation passt in den leeren Raum zwischen dem Dach des Gewächshauses und der Oberseite der Pflanzen © 2022 Voltiris
Die Tests an den Pilotanlagen sind ermutigend, da diese Moiré-Paneele zeigen, dass es möglich wäre, die CO2-Emissionen eines Gewächshauses um etwa 50 % zu reduzieren und gleichzeitig zwischen 60 und 100 % des Energiebedarfs zu decken, je nachdem, welches Heizsystem bereits vorhanden ist. «Die Emissionen werden nicht um den gleichen Betrag reduziert, da unser System zunächst den Strom ersetzen wird, der in der Regel <sauberer> erzeugt wird als Gas», erläutert CTO Jonas Roch. Ein ökologischer und wirtschaftlicher Vorteil, sobald sich die Kosten der Anlagen amortisiert haben, «was nach vier bis sieben Jahren der Fall sein dürfte», stellt Nicolas Weber fest.
Diese Innovation findet in einem günstigen politischen Kontext statt, da der Bund in den letzten Jahren Anreize für eine geringere Nutzung fossiler Energien für die Beheizung von Gewächshäusern geschaffen hat, insbesondere mit einer Subvention für neue, umweltfreundlichere Anlagen. Doch die Alternativen Holzfeuerung, Biogas oder Erdwärme werden wahrscheinlich nicht ausreichen, und Innovationen wie die von Voltiris stellen eine Alternative dar. Das junge Unternehmen bereitet neue Installationen in den Niederlanden und in Genf vor, bevor es in der zweiten Hälfte des nächsten Jahres auf den Markt kommt.
