Wie moderne Agrartechnologie die Landwirtschaft für immer neu definiert

Wir begreifen die Photovoltaik als moderne Agrartechnologie, die die Landwirtschaft revolutionieren wird. (Quelle – Shutterstock)

VonMuhammad Zulhusni | 2. August 2023

In einem bahnbrechenden Schritt für die moderne Agrartechnologie hat ein Forscherteam aus Indien ein System entwickelt, das das Pflanzenwachstum in Gebieten ohne Zugang zu einem Stromnetz fördern soll. Das auf den Prinzipien der Photovoltaik basierende System umfasst ein PV-Panel, zusätzliche Modulhardware (AOMH), eine Batterie, DC-DC-Wandler, Leistungsgeräte, Automatisierung und Sensoren. Darüber hinaus ist es mit einer Wasserpumpe, einem Ventilator, Sprinkleranlagen und Tropfbewässerungsmagneten ausgestattet und stellt eine umfassende Lösung für die Klimaregulierung in der Landwirtschaft dar.

Bei dieser an der Netaji Subhas University of Technology in Indien entwickelten Lösung handelt es sich um eine photovoltaisch betriebene, geschützte, umweltkontrollierte Landwirtschaftstechnologie (PECFT), die speziell für abgelegene, netzunabhängige Farmen entwickelt wurde.

Unvorhersehbare extreme Umweltbedingungen und Grundwassermangel wirken sich erheblich auf die Agrarwirtschaft aus. Diese Realität gilt insbesondere für kleine, nicht elektrifizierte landwirtschaftliche Betriebe in abgelegenen Gebieten, wo die Pflanzenproduktion aufgrund der mit der Freilandwirtschaft verbundenen Risiken oft sporadisch und unzureichend sein kann.

Technische Universität Netaji Subhas. (Quelle – pv magazine)

Parallel zur Entwicklung grundwasserabhängiger PV-Bewässerungssysteme werden Anstrengungen unternommen, die Nutzung der PV-Anlage zu maximieren. Das vorgeschlagene PV_PECFT erkennt den dringenden Bedarf an budgetfreundlichen Landwirtschaftstechnologien und bietet eine ganzheitliche Lösung für eine kostengünstige Landwirtschaft durch die Kombination von Nahrungsmittelproduktion, PV-Energieerzeugung und Wassereinsparung im Agrarsektor.

Anuradha Tomar, die Hauptautorin der Studie, teilte pv magazine mit, dass diese Lösung, obwohl sie speziell für Menschen mit niedrigem Einkommen entwickelt wurde, an jedem Ort implementiert werden könne. Die Lösung zielt darauf ab, Lücken in der Low-Budget-Landwirtschaft zu schließen, indem sie ein umfassendes System bereitstellt, das die Lebensmittel- und PV-Energieproduktion verbessert und gleichzeitig die Wasserressourcen effizient verwaltet.

Muhammad Zulhusni | 6. Juni 2023

Laut dem in der Zeitschrift Smart Agricultural Technology veröffentlichten Forschungsbericht „Sustainable photovoltaic based Protective Environment-Controlled Farming Technology as Economy Boosters for Agro-Sectors“ ist die Kontrolle des Mikroklimas ein entscheidendes Merkmal des vorgeschlagenen Systems. Diese Kontrolle wird durch die Berücksichtigung verschiedener Umweltparameter erreicht, darunter Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Photosyntheseniveau, CO2, Feuchtigkeitsniveau, Belüftung, Bewässerung und Fertigation.

Der Prototyp dieser Anlage mit Abmessungen von 2.400 mm × 1.700 mm × 2.365 mm bietet Platz für 24–28 Pflanzen bei einem Gesamtvolumen von 5,57 Kubikmetern.

Obwohl PV_PECFT unkompliziert erscheinen mag, handelt es sich um ein multidisziplinäres Projekt, das verschiedene Bereiche wie Wissenschaft, Elektro- und Elektroniktechnik, IoT, Mechanik, Bauingenieurwesen, Optik, Chemie, Botanik, Gartenbau, Bodenkunde, Messtechnik und Wassertechnik umfasst. Darüber hinaus erfordert die Überbrückung der Kommunikationslücke zwischen dieser Agrartechnologie und ihren potenziellen Nutzern häufig die Einbeziehung von NGOs oder Regierungsbehörden.

Das System nutzt eine nachhaltige Energiequelle mit strategischer Leistungssteuerung und -schaltung, um elektrische und thermische Verluste zu minimieren. Es sorgt außerdem für eine optimale Kontrolle des Mikroklimas und der Photosynthese entsprechend dem Wachstumsstadium der Pflanze und den vorherrschenden Umweltbedingungen.

Das System ist in einer Struktur untergebracht und besteht aus einem AOMH, einem Solarpanel, einer Batterie, DC/DC-Wandlern, Leistungsgeräten, Automatisierung und Sensoren. Es umfasst außerdem eine Wasserpumpe, einen Ventilator, Sprinkler-Nebelgeräte und Tropfbewässerungsmagnete zur Klimatisierung. Das PV-Modul, ausgestattet mit einer Glasscheibe, die als Refraktor und Reflektor fungiert, liefert Strom zur Temperaturregelung und Energieerzeugung.

Die Wissenschaftler betonen, wie wichtig es ist, die Energie des Systems anzupassen, um eine ausreichende Photosynthese sicherzustellen und den Bedarf der Kulturpflanze zu decken. Sie verwalten diese Anpassungen über ein E2SMI-Modell (Energy Equilibrium State Monitoring Index), das am optimalen Punkt geeignete Maßnahmen auslöst, um den Auswirkungen externer Wetterschwankungen entgegenzuwirken und Energieeinsparungen zu maximieren.

Ein System, das einen vollständigen Tomatenerntezyklus nutzte und die Ergebnisse mit dem traditionellen Freilandanbau verglich. (Quelle – Shutterstock)

Das Team validierte dieses System anhand eines vollständigen Tomatenerntezyklus und verglich die Ergebnisse mit dem traditionellen Freilandanbau. Sie stellten fest, dass der Blattflächenindex (LAI) 1,44- bis 1,58-mal höher war als auf offenen Feldern und die Kapitalrendite (ROI) um 9,24 % stieg. Sie stellten außerdem fest, dass ein in den MPPT integriertes AOMH-Modul einen durchschnittlichen zusätzlichen Energiegewinn von 10,32 % im Vergleich zu einem System ohne AOMH-Modul bieten könnte.

In ihrer Schlussfolgerung schlugen die Forscher vor, dass größere Systeme den ROI weiter verbessern könnten. Sie stellten fest, dass die in dieser Studie berücksichtigten Parameter/Werte vorläufig sind und auf der Grundlage des Ernteertrags und zukünftiger Erfahrungen verfeinert werden.

Diese bahnbrechende Innovation der Netaji Subhas University of Technology in Indien hat das Potenzial, die globale Agrarlandschaft, insbesondere in netzfernen Regionen, erheblich zu verändern. Derzeit dient es als Lebensader für abgelegene, nicht elektrifizierte Farmen, die mit unvorhersehbarem Wetter und Grundwasserknappheit zu kämpfen haben. Durch das Angebot einer kostengünstigen, photovoltaisch betriebenen Landwirtschaftslösung setzt es einen Hoffnungsschimmer in Regionen, in denen eine konsistente Pflanzenproduktion schwierig ist.

Über ihre aktuellen Auswirkungen hinaus birgt diese Technologie ein großes Potenzial für die Zukunft der Landwirtschaft. Es bietet nicht nur eine nachhaltige Methode zur Maximierung des landwirtschaftlichen Ertrags, sondern ist auch ein Beweis für die Möglichkeiten, Wissenschaft und Technologie für praktische Lösungen zu vereinen. Die erfolgreiche Integration verschiedener Disziplinen – Wissenschaft, IoT, Ingenieurwesen und Gartenbau – zeigt die Leistungsfähigkeit der interdisziplinären Zusammenarbeit bei der Problemlösung.

Mit Blick auf die Zukunft könnte diese Technologie mit weiterer Feinabstimmung und Skalierung landwirtschaftliche Praktiken auf der ganzen Welt, sogar in entwickelten Regionen, neu definieren. Es stellt einen vielversprechenden Ansatz für eine nachhaltige Landwirtschaft und die Erzeugung erneuerbarer Energien dar und geht auf zwei entscheidende Herausforderungen unserer Zeit ein. Während wir eine grünere, nachhaltigere Welt anstreben, unterstreichen Innovationen wie diese photovoltaisch angetriebene Landwirtschaftstechnologie die Bedeutung innovativen Denkens und technologischer Integration auf unserem Weg in diese Zukunft.

VonMuhammad Zulhusni

Muhammad Zulhusni

Als Technologiejournalist konzentriert sich Zul auf Themen wie Cloud Computing, Cybersicherheit und disruptive Technologien in der Unternehmensbranche. Er verfügt über Fachkenntnisse in der Moderation von Webinaren und der Präsentation von Inhalten auf Video und verfügt über einen Hintergrund in der Netzwerktechnologie.