Agri-photovoltaics: first experience above Riesling vines

Abstract

Agri-photovoltaics (APV) describes the dual use of an agricultural area for food production and solar power generation. In large parts, they still allow mechanical cultivation and other positive side effects of an APV system were observed in addition to the increase in utilization in the form of electricity and food: Effects on the water balance and passive protection against extreme weather events. The VitiVoltaic system, with special focus on Vitis cultivars, is currently being developed at Hochschule Geisenheim University to investigate the possibilities, effects and protective impact of APV partial shading on vines. The increase in sunshine hours and global radiation, together with the higher temperatures, are already leading to increased risks in viticulture. As a result, vine development is significantly accelerated. The early budding increases the risk of late frost. Together with the accelerated ripening over the course of the year, this also results in increasingly earlier harvest dates, higher TSS and lower total acidity. High temperatures combined with intense sunlight also increase the risk of sunburn. First experiences establishing such a system and their impact on white Riesling (Vitis vinifera L.) have shown that the microclimate can be positively influenced and that this may also be reflected in healthier grapes. The innovative research platform offers the opportunity to investigate further synergies over time and to develop ways of using energy.

L’agro-photovoltaïque : première expérience au-dessus des vignes de riesling

L’agro-photovoltaïque (APV) décrit la double utilisation d’une zone agricole pour la production alimentaire et la production d’énergie solaire. Il existe déjà un certain nombre de systèmes en fonctionnement dans le monde entier, avec différentes cultures et dans un large éventail de configurations différentes. Dans une large mesure, ils permettent encore la culture mécanique et d’autres effets secondaires positifs d’un système apv ont été observés en plus de l’augmentation de l’utilisation sous forme d’électricité et d’aliments : les effets sur l’équilibre hydrique et la protection passive contre les événements météorologiques extrêmes. Le système vitivoltaic, avec un accent particulier sur les cultivars de vitis, est actuellement développé à l’université hochschule geisenheim pour étudier les possibilités, les effets et l’impact protecteur de l’ombrage partiel apv sur les vignes. L’augmentation des heures d’ensoleillement et du rayonnement global, ainsi que les températures plus élevées, entraînent déjà des risques accrus pour la viticulture. En conséquence, le développement de la vigne est considérablement accéléré. Le débourrement précoce augmente le risque de gelées tardives, car les nuits sont encore plus longues en avril et l’angle du soleil est plus faible. L’accélération de la maturation au cours de l’année se traduit également par des dates de récolte de plus en plus précoces, une augmentation de la tss et une diminution de l’acidité totale. Les températures élevées combinées à un ensoleillement intense augmentent également le risque de coups de soleil. Le système vitivoltaic de l’université hochschule geisenheim a été installé sur une surface de 3 125 m2 où la moitié de la surface couverte par les modules photovoltaïques a une puissance nominale de 94 kwp (kilowatt crête). Les modules photovoltaïques sont semi-transparents et monocristallins et sont montés sur une structure de support galvanisée à au moins trois mètres de hauteur au-dessus du sol, ce qui laisse presque toutes les options ouvertes pour cultiver le vignoble. En outre, les modules situés directement au-dessus de la rangée peuvent être tournés d’est en ouest par l’intermédiaire d’un axe. Les panneaux peuvent donc être suivis en permanence en fonction de la position du soleil et utilisés soit pour optimiser le rendement électrique, soit pour améliorer le microclimat dans le vignoble. L’électricité produite doit être utilisée pour la gestion du système lui-même, pour charger les unités de stockage d’énergie (robot et appareil portable), pour surveiller l’installation et pour alimenter le réseau universitaire.  Les premières expériences de mise en place d’un tel système et leur impact sur le riesling blanc (vitis vinifera l.) seront partagées et discutées.  

Agri-photovoltaik: erste erfahrungen eines sonnendachs über riesling

Agri-photovoltaik (APV) beschreibt die doppelnutzung einer landwirtschaftlichen fläche für die lebensmittelproduktion und die erzeugung von solarstrom. Es gibt bereits eine reihe von systemen, die weltweit mit verschiedenen kulturen und in einer vielzahl von unterschiedlichen konstellationen in betrieb sind. Sie ermöglichen in weiten teilen noch eine mechanische bewirtschaftung der kulturen und neben der nutzungssteigerung in form von strom und nahrungsmitteln wurden weitere positive nebeneffekte einer apv-anlage beobachtet: auswirkungen auf den wasserhaushalt und passiver schutz vor extremen wetterereignissen. An der hochschule geisenheim wird derzeit das system vitivoltaic mit speziellem fokus auf reben (vitis spec.) Entwickelt, um die möglichkeiten, effekte und schutzwirkungen der apv-teilbeschattung auf reben zu untersuchen. Die zunahme der sonnenstunden und der globalstrahlung sowie die höheren temperaturen führen bereits jetzt zu erhöhten risiken im weinbau. Die entwicklung der reben wird dadurch deutlich beschleunigt. Der frühe austrieb erhöht die gefahr von spätfrösten, da die nächte im april noch länger sind und der sonnenstand geringer ist. Zusammen mit der beschleunigten reifung im laufe des jahres führt dies auch zu immer früheren ernteterminen, höhere zucker- und niedrigeren gesamtsäuregehalten. Hohe temperaturen in verbindung mit intensiver sonneneinstrahlung erhöhen auch das sonnenbrand-risiko. Die vitivoltaic-anlage an der hochschule geisenheim wurde auf einer fläche von 3.125 m2 errichtet, wobei die hälfte der fläche mit pv-modulen bedeckt ist, die eine nennleistung von 94 kwp (kilowatt peak) haben. Die pv-module sind semitransparent und monokristallin und auf einer verzinkten trägerstruktur in mindestens drei metern höhe über dem boden montiert, so dass fast alle möglichkeiten zur bewirtschaftung des weinbergs offenbleiben. Darüber hinaus können die direkt über der reihe angebrachten module über eine achse von ost nach west gedreht werden. So können die paneele kontinuierlich dem sonnenstand nachgeführt und entweder zur optimierung des stromertrags oder zur verbesserung des mikroklimas im weinberg eingesetzt werden. Der erzeugte strom soll für die steuerung der anlage selbst, zum aufladen von energiespeichern (roboter und handgerät), zur überwachung der anlage und zur einspeisung in das universitätsnetz verwendet werden.  Erste erfahrungen mit der einrichtung eines solchen systems und ihre auswirkungen auf den weißen riesling (vitis vinifera l.) Werden vorgestellt und diskutiert.