Team der Ingenieurwissenschaft erforscht Kombination aus Solarstrom und hydroponischem Pflanzenwachstum in Growbox.
In ihrem Forschungsprojekt OptiPlant haben Prof. Mathias Rudolph (Professur Industrielle Messtechnik, Fakultät ING HTWK Leipzig) und B. Eng. Lena Strobl eine Growbox mit einer Mini-Photovoltaikanlage verbunden, ähnlich der Größe und Leistung von Mini-PV-Anlagen, wie sie in sogenannten Balkonkraftwerken bereits heute schon in vielen Haushalten verwendet werden.
Balkonkraftwerke sind Systemlösungen zur Erzeugung von Energie am heimischen Balkon. Sie bestehen aus ein bis zwei Photovoltaikmodulen, einem Wechselrichter und einem Anschlusskabel zur Steckdose. Bisher erlaubt der Gesetzgeber in Deutschland solche Kleinsterzeugeranlagen bis zu einer Wechselrichterleistung von 600 Watt, ab Januar 2024 sind diese Systeme dann hierzulande bis 800 Watt zugelassen.
Mit Mini-PV-Anlagen lassen sich nicht nur die Stromkosten um bis zu 20 Prozent senken. In Zeiten des Klimawandels können solche Mini-PV-Systeme beim Urban Gardening gezielt eingesetzt werden, um eine nachhaltige Bewirtschaftung und umweltschonende Produktion von Agrarprodukten in urbanen Regionen zu ermöglichen.
Urban Gardening, d.h. die nachhaltige Bewirtschaftung gärtnerischer Kulturen sowie die Eigenzucht von Obst, Gemüse oder Kräutern in der Wohnung, wird in Zukunft immer wichtiger. Aufgrund von Extremwetter wie Dürren oder Überschwemmungen gehen kurz- und langfristig in bestimmten Regionen landwirtschaftliche Anbauflächen verloren. Darüber hinaus führen die Folgen des Klimawandels sowie regionale Kriege vermehrt zur Flucht der Menschen in sichere, urbane Regionen. Smartes Urban Gardening hat daher in den letzten Jahren auch für die Armutsbekämpfung an Bedeutung gewonnen.
Wie sich emissionsfreie Solarenergie smart beim Urban Gardening einsetzen lässt, hat das OptiPlant-Team in seinem Forschungsprojekt in den letzten Monaten anhand einer Growbox näher erforscht und im Dezember 2023 seinem Förderer, der Elstatik-Stiftung, präsentiert.
Nutzpflanzen wie Gemüse und Kräuter können auf dem Balkon, der Terrasse oder im Kleingarten gezüchtet werden. Diese Form des Urban Gardening ist für gewöhnlich mit einem höheren Wasserverbrauch verbunden und benötigt Erde. Da in vielen Städten aber der Raum immer enger wird, Balkone und Anbauflächen wie klassische Kleingärten nicht überall zur Verfügung stehen und Wassermangel zur Normalität wird, müssen oft alternative Systeme verwendet werden - wie beispielsweise eine Growbox.
Diese ist ein kompaktes, meist geschlossenes Anbausystem und schafft auf kleinstem Raum ein optimales Klima für das Pflanzenwachstum. Die Box kann überall installiert werden: auf Balkonen, Dächern, Terrassen oder in dunklen Innenräumen. Für das Forschungsprojekt wurden Pflanzen mittels eines Hydroponik-Systems gezüchtet, welches im Gegensatz zur herkömmlichen Erdbewirtschaftung Wasser als Medium zur Nährstoffversorgung der Pflanzen verwendet. Das Hydroponik-System ermöglicht das schnellere und effizientere Wachstum bei gleichzeitigem Verzicht auf Erde.
Im Forschungsprojekt wurde von Sommer 2022 bis Ende 2023 die Kombination von Solarstrom wie er in heimischen Balkonkraftwerken erzeugt wird und dem Wachstum der Pflanzen in einer Growbox untersucht. Ein Simulationsprogramm berechnete ortsabhängig und für jede Balkonausrichtung spezifische Tagesganglinien. Der Energieverbrauch der Growbox wurde mittels Energiemeter aufgenommen und mit der berechneten produzierten Energie des Balkonkraftwerkes verglichen. Es zeigte sich, dass die elektrische Versorgung des Nährstoff-Film-Technik-Systems (NFT-System), sowie aller weiteren Komponenten der Growbox, auch in den Übergangsmonaten durch ein Balkonkraftwerk gewährleistet werden kann.
Für die Datenerhebung wurde ein Versuchsaufbau in einem der Messtechniklabore der HTWK errichtet. Mithilfe geeigneter Sensorik wurden das Hydroponik-System überwacht und das Pflanzenwachstum mit LED unterstützt.
Im Dezember 2023 präsentierten Prof. Rudolph und Lena Strobl ihre Projektergebnisse dem Förderer Wolfang Schubert von der Elstatik-Stiftung. Die Stiftung hat neben „Optiplant“ auch die vorhergehenden Projekte „Solar Web Optimization“, „Energy Harvesting in der praktischen Anwendung“ und „Schaltbasierte Optimierung von Photovoltaik-Anlagen“ gefördert.
Mit OptiPlant leistet das Forschungsteam einen wissenschaftlich fundierten Beitrag für einen nachhaltigen und energieeffizienten Nutzpflanzenanbau in urbanen Umgebungen.