Eine ungewöhnliche Kombination: regenerativer Strom aus Sonnenenergie und automatisierte Landwirtschaft

25.03.2024

Die Herausforderungen für die Landwirtschaft bestehen in der Verknappung von Ressourcen und Ackerland, dem Klimawandel, Arbeitskräftemangel, einem steigenden Sicherheitsbedürfnis, Reduktion monotoner und anstrengender Arbeiten und der steigenden Weltbevölkerung. Der Einsatz von Technologien in der Landwirtschaft könnte der Schlüssel zu einer effizienteren Lebensmittelproduktion sein. Um die Ernährungssicherheit zu gewährleisten, muss die Produktivität gesteigert und gleichzeitig der Einsatz von Ressourcen wie Wasser, Dünger und Pestiziden verringert werden.

Zur doppelten Nutzung des Bodens werden Agrivoltaik-Anlagen im Weinberg, auf Obst- und Gemüse- und Nutzpflanzenplantagen und über Viehweiden eingesetzt. Dabei wird regenerativ erzeugter Strom gewonnen. Gleichzeitig können Pflanzen angebaut werden. Durch geeignete Sensorik werden das Wetter und die Wachstumsbedingungen überwacht, um die Pflanzenentwicklung und den Pflanzenschutz zu optimieren.

Mit Agrivoltaik-Anlagen auf Weinbergen, Weiden und Plantagen wird regenerativ erzeugter Strom gewonnen.
Mit Agrivoltaik-Anlagen auf Weinbergen, Weiden und Plantagen wird regenerativ erzeugter Strom gewonnen.

Das Projekt Weinbau 4.0 – Digitalisierung des Weinbergs

Automatisierung und Digitalisierung sind auch in der Landwirtschaft nicht mehr aufzuhalten. Offensichtlich wurde das beim Projekt Weinbau 4.0. Hier arbeiten das staatliche Weinbauinstitut Freiburg, die Wirtschaftsförderungsgesellschaft des Landkreises Emmendingen, Intech GmbH & Co. KG als Hersteller von PV-Anlagen, ZG Raiffeisen Technik GmbH, die Firma BRAUN Maschinenbau GmbH und die SICK AG als Sensorlieferant zusammen. Themen sind die Navigationsunterstützung im Weinbau, der Einsatz von Sprühdrohnen an Steilhängen sowie Agrivoltaik-Anlagen.

Das Projekteam Weinbau 4.0.
Das Projekteam Weinbau 4.0.
Das Projekteam Weinbau 4.0.
Das Projekteam Weinbau 4.0.

Unterstützt wird das Projekt auch aus der Politik. Peter Hauck, Minister für Ernährung, Ländlichen Raum und Verbraucherschutz Baden-Württemberg hat eine Finanzierungszusage zur angewandten Forschung gegeben, mit denen das Weinbauinstitut in der Lage ist, die Begleitforschung im Rahmen von umfassenden pflanzenbaulichen Untersuchungen zum Einfluss der Agrivoltaik-Anlage auf die Weinrebenkultur zu übernehmen.

Alle Partner präsentierten die Lösungen bei einem Besuch des Ministers im Sommer 2023. Das Thema ist aber auch global relevant. Länder müssen ihre Klimaziele erreichen. Dazu unterstützt die Europäische Kommission ein Agrivoltaik-Projekt in Italien mit 1,7 Mrd. EUR.

 

Objekterkennung und Navigationsunterstützung in der Landwirtschaft

Ein 3D-LiDAR-Sensor MRS1000 von SICK erfasst das Umfeld eines teilautonomen Weinbau-Schleppers. Dank seiner vier Lagen erfasst der Sensor den Fahrweg von autonomen Fahrzeugen dreidimensional und unterstützt sie dadurch bei der Navigation, z. B. durch Reihenkulturen. Dabei lassen sich mithilfe der 3D-Punktwolke Baumstämme oder Rebstöcke als natürliche Landmarken identifizieren, sowie die Abstände zwischen den Beständen und des Pflanzenbewuchses bestimmen.

Das teilautonome Weinbau-Schlepper ist mit dem 3D-LiDAR-Sensor MRS1000 von SICK ausgestattet.
Das teilautonome Weinbau-Schlepper ist mit dem 3D-LiDAR-Sensor MRS1000 von SICK ausgestattet.
Das teilautonome Weinbau-Schlepper ist mit dem 3D-LiDAR-Sensor MRS1000 von SICK ausgestattet.
Das teilautonome Weinbau-Schlepper ist mit dem 3D-LiDAR-Sensor MRS1000 von SICK ausgestattet.
Mit Hilfe der dreidimensionalen Umfelderfassung des MRS1000 können somit auch im Fahrtweg befindliche Hindernisse zuverlässig detektiert werden.
Durch seine vier Lagen erfasst der MRS1000 den Fahrweg dreidimensional und unterstützt die Navigation.
Durch seine vier Lagen erfasst der MRS1000 den Fahrweg dreidimensional und unterstützt die Navigation.
Durch seine vier Lagen erfasst der MRS1000 den Fahrweg dreidimensional und unterstützt die Navigation.
Durch seine vier Lagen erfasst der MRS1000 den Fahrweg dreidimensional und unterstützt die Navigation.
Der Neigungssensor TMM88, welche ebenfalls am Traktor angebracht ist, misst seine Lage.

Ein zusätzlich angebrachter Neigungsensor TMM88 misst die Lage des Traktors. In Kombination mit der 3D-Punktewolke und der aktuellen Geschwindigkeit kann dann ein virtuelles Modell der Rebzeile erstellt und somit das Automatisieren des Arbeitsvorgangs realisiert werden

Inertialsensoren
Hochpräzise Neigungsmessung für raue Umgebungsbedingungen
TMS/TMM88
LiDAR-Sensoren
Löst Detektionsaufgaben indoor und outdoor – 3D-LiDAR-Sensor mit Mehrlagentechnologie
MRS1000

Neigungssteuerung von Agrivoltaik-Anlagen auf Basis geometeorologischer Daten

An einer Pilotanlage des Leuchtturmprojekts Weinbau 4.0 präsentierte Markus Haas, Global Industry Manager für Erneuerbare Energien bei SICK, Sensorlösungen zur Automatisierung und Steuerung von Agrivoltaik-Anlagen. Agrivoltaik setzt sich aus den Begriffen „Agriculture“ und „Photovoltaik“ zusammen. Gemeint ist damit die Installation von Solarpanels über Reben, Plantagen oder Viehweiden.

Der Global Industry Manager für Erneuerbare Energien bei SICK präsentiert Sensorlösungen für Agrivoltaik-Anlagen.
Der Global Industry Manager für Erneuerbare Energien bei SICK präsentiert Sensorlösungen für Agrivoltaik-Anlagen.
Der Global Industry Manager für Erneuerbare Energien bei SICK präsentiert Sensorlösungen für Agrivoltaik-Anlagen.
Der Global Industry Manager für Erneuerbare Energien bei SICK präsentiert Sensorlösungen für Agrivoltaik-Anlagen.

Die Solaranlage ist einachsig beweglich. Neigungssensoren TMS/TMM22 von SICK messen die Neigung der Solarpanels. Die Steuerung führt die Panels dem Sonnenstand nach oder folgt einer hinterlegten Logik auf Basis agrometeorologischer Daten. Dies führt zu einem optimierten Energieertrag. Zudem können die Module senkrecht gestellt werden zum schnelleren Abtrocknen der Blätter, um Pilzdruck zu vermeiden. Bei Hagel oder Starkregen werden die Solarmodule horizontal gestellt.

Die Solaranlage ist einachsig beweglich und die Neigung wird von den Neigungssensoren TMS/TMM22 von SICK gemessen.
Die Solaranlage ist einachsig beweglich und die Neigung wird von den Neigungssensoren TMS/TMM22 von SICK gemessen.
Die Solaranlage ist einachsig beweglich und die Neigung wird von den Neigungssensoren TMS/TMM22 von SICK gemessen.
Die Solaranlage ist einachsig beweglich und die Neigung wird von den Neigungssensoren TMS/TMM22 von SICK gemessen.
Landwirte könnten in der Spotium App Informationen über den Zustand der Rebanlagen einsehen.

Die notwendigen Daten hierfür liefert der agrometeorologische Sensor AgriStick sowie weitere Komponenten wie der LeafWet Sensor von SICK Mobilisis.

  • Boden- und Lufttemperatur
  • Boden- und Luftfeuchte • Blattfeuchtigkeit
  • PH-Wert des Bodens
  • Salzgehalt des Bodens
  • Niederschlag (Regen/Schnee)
  • Sonnenstrahlung
  • Beleuchtungsstärke
  • Staubkonzentration
  • NPK-Wert des Bodens

Über die Spotium App lassen sich diese Informationen einfach einsehen. Der Landwirt hat somit volle Transparenz über den Zustand seiner Rebanlage.

 

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