Projekt 38214/01

AgriPV-Bot Synergetische Kombination von Photovoltaik und Agrarrobotik im Gemüsebau

Projektdurchführung

Zielsetzung

In diesem Projekt sollte das Konzept des AgriPV-Bots als einem innovatives Kreisbewirtschaftungssystem im Gemüsebau anhand von Praxisversuchen als Modellvorhaben umgesetzt und untersucht werden.

Allgemein soll der AgriPV-Bot auf einer Spot-Farming-Fläche täglich frische, gemischte Gemüsekisten autonom und energieautark bestücken und dabei alle pflanzenbaulichen Prozesse von der Bodenbearbeitung bis zur Ernte präzise und individuell durchführen. Dadurch wird im Vergleich zum konventionellen Gemüsebau ökologisch als auch ökonomisch ein enormer Mehrwert erzielt, der dabei helfen kann, aktuellen Herausforderungen im Gemüsebau entgegenzutreten.

Dieses Projekt im speziellen zielt auf die systematische Gewinnung von Erkenntnissen zur synergetischen Kombination von Agrarrobotik mit Photovoltaiksystemen auf Agrarflächen ab. Im Fokus steht die Effizienzsteigerung in der Flächennutzung durch die zusätzliche Energieproduktion. Gleichzeitig soll die Verschattung von Pflanzen durch eine 360 Grad-Rotation des PV-Systems minimiert werden, dies in Abgrenzung zu den statischen AgriPV-Anlagen. Um Netzanschlusskosten zu vermeiden, soll die Energie lokal zwischengespeichert und von einem integrierten Agrarroboter verbraucht werden. Dazu wird untersucht, ob das Ständerwerk der PV-Anlage eine synergetische Doppelfunktion erfüllen kann und als wetterunabhängige Linearführung für die Agrarrobotik sowie die Feldlogistik adaptierbar ist.

Arbeitsschritte

Die Arbeitsschritte lassen sich grob in die Bereiche Hardwareentwicklung, Softwareentwicklung, Realisierung des Versuchsaufbaus und Feldtests unterteilen.

Um aus dem Kozept einen Versuchsaufbau zu erstellen, wurden zunächst in der Hardwareentwicklung die mechanischen Komponenten in Form der Tragstrukturen, als auch die mechatronischen Bauteile für Antriebe und Energieversorgung und -speicherung ausgelegt.

Im Bereich der Softwareentwicklung wurde die Robotiksteuerung für die verschieden Aktuatoren über ROS (Robot Operating System) anhand eines digitalen Zwillings des AgriPV-Bots simuliert. Zudem wurde mit der Entwicklung eines Farm-Management-Systems auf Basis des Open-Source ERP-Systems Odoo begonnen, um das für die Einzelpflanzenkultivierung benötigte Datenmanagement zu ermöglichen.

Die Realisierung des Versuchsaufbaus mit 8m Systemradius erfolgte zunächst in der Halle, bevor es auf das Testfeld ging. Die Anschließenden Feldtests zur Systembewegung, Pflanzenerkennung, Bodenbearbeitung, Pflanzung von Setzlingen und Ernte konnten bereits mit Hilfe der PV-Paneele des Systems energieautark durchgeführt werden.

Ergebnisse

Basierend auf einem Konzept wurde innerhalb des Projekts der erste Prototyp des AgriPV-Bots aufgebaut. Die synergetische Kombination von Photovoltaik und Agrarrobotik im Gemüsebau wurde dabei als gewinnbringend bewertet. Die semi-mobile Plattform ermöglicht eine ausreichend stabile Struktur, um neben der Robotik auch die PV-Anlage für deren Versorgung zu tragen. So wird die systemeigen generierte elektrische Energie direkt für die Bewirtschaftung der darunter liegenden Feldfläche genutzt, anstatt in zumindest partieller Konkurrenz zu dieser zu stehen.
Aus der Perspektive der Robotik ermöglicht die Nutzung der stabilen Traverse als erschütterungsarme Führungsschiene für den Schlitten eine Automatisierung im Freiland, die einer industriellen Automatisierung möglichst nahe kommt. Daher kann der Fokus viel früher in Richtung der Entwicklung der einzelnen Kultivierungsprozesse gehen, dies im Vergleich zu kleineren mobilen Konzepten, die zunächst sicher auf der Ackerfläche navigieren können müssen und deutlich mehr erschwerende, umgebungsbedingte Bewegung an den Prozesswerkzeugen erfahren.

Neben dieser Bestätigung der Eingangshypothesen wurden wertvolle Erkenntnisse bezüglich der Umsetzbarkeit einer darauf aufbauenden Weiter- und Produktentwicklung gewonnen. Besonders das Logistikkonzept, zum einen auf dem Feld durch die Anlage selbst, aber auch die Notwendigkeit eines übergeordnetem ERP-Systems hat sich deutlich abgezeichnet.

Durch die vergleichsweise frühe Entwicklungsphase lässt sich zum jetzigen Zeitpunkt der Mehrwert des AgriPV-Bots in Energieeffizienz und Ressourcenverbrauch noch nicht fundiert quantifizieren. Dennoch genügt in Abgrenzung zur konventionellen Landwirtschaft allein die Ermöglichung der punktförmigen Feldbewirtschaftung die Generierung eines enormen ökologischen Mehrwertes. Gegenüber den mobilen Plattformen zeichnet sich der AgriPV-Bot durch seine Variabilität in der Skalierung aus. Während diese meist Einschränkungen an Reichweite und Traglast haben, können diese Punkte beim AgriPV-Bot während der Entwicklung dem entsprechenden Erkenntnisstand angepasst werden, um die optimale Effizienz auf der Fläche zu erreichen. Zeitgleich unterliegt das semi-mobile Kreisbewirtschaftungssystem nicht den hohen Anforderungen eines voll-mobilen Roboters im Bereich der Zulassung des autonomen Betriebs.

Unter all diesen Gesichtspunkten nimmt der AgriPV-Bot nach unserer Auffassung in den aktuellen Entwicklungen in der Landwirtschaft einen Sonderplatz ein.

Öffentlichkeitsarbeit

Seit Projektbeginn wurden vermehrt Konferenzen und kleinere Messen besucht, um den Bekanntheitsgrad des AgriPV-Bots zu steigern. Für diese Zwecke wurden zum einen ein Flyer und ein Roll-Up erstellt. Als Folge dieser Termine erreichten uns seitdem vermehrt Anfragen von politischen Delegationen, der Landwirtschaftskammer, Unternehmen und Landwirten, um sich den Prototypen auf unserem Testfeld anzuschauen und diesen zu diskutieren. Das bisher erfreulicherweise einstimmige Feedback aus zahlreichen Gesprächen ist, dass der AgriPV-Bot als potentialträchtige Entwicklung für die Landwirtschaft wahrgenommen wird, gegen die bis heute keine konzeptgefährdenden Argumente vorgebracht werden konnten.

Bestätigt wurden diese Eindrücke durch den Gewinn des Innovationspreis Moderne Landwirtschaft 2023, der der AI.Land GmbH auf der Grünen Woche verliehen wurde (https://www.innovationspreis-landwirtschaft.de/gewinner-und-finalisten-2023/).

Abschließend wurden im Rahmen der Jahrestagung 2024 der GIL zwei Kurzpaper veröffentlicht, die im Zusammenhang mit dem Projekt entstanden sind.

Fazit

Das AgriPV-Bot-Projekt war aus Sicht der AI.Land GmbH ein voller Erfolg. Aus einem Konzept heraus konnte mit der Förderung der DBU der erste Prototyp des Systems erfolgreich aufgebaut werden. Die verschiedenen Teilsysteme der komplexen Anlage konnten erprobt und validiert werden. Dadurch konnte das Konzept während des Projekts weiter geschärft und viele Unwägbarkeiten konnten beseitigt werden. Die Hypothese einer synergetischen Kombination von Photovoltaik und Agrarrobotik im Gemüsebau konnte in diesem Zuge bestätigt und konkretisiert werden. So ermöglichte der Prototyp neben den technischen Erkenntnissen auch eine anschauliche und fundierte Diskussion des Konzeptes mit verschiedenen Stakeholdern aus Politik, Wirtschaft und Wissenschaft. Dabei wurden bis heute weder technologische, wirtschaftliche noch soziale Aspekte gefunden, die eine Produktentwicklung oder eine spätere Marktakzeptanz ausschließen. Vielmehr zeigt die Resonanz, dass der AgriPV-Bot ein spannendes, zukunftsorientiertes Konzept ist, weilches den benötigten Wandel der Landwirtschaft der Zukunft mitgestalten kann.

Daher ist die AI.Land GmbH als Ergebnis dieses Projekts davon überzeugt, den AgriPV-Bot bis zur Marktreife weiterentwickeln zu können.