Durch Agrophotovoltaik Strom „ernten“: So lassen sich Acker doppelt nutzen

Agrophotovoltaik
Foto: CC0 / Pixabay / mrganso

Agrophotovoltaik ist eine Kombination von Stromerzeugung und der Nutzung von landwirtschaftlichen Nutzflächen. Kann das die Energiewende bringen? Hier erfährst du alles zum Thema Agrophotovoltaik.

Agrophotovoltaik, auch bekannt unter Agriphotovoltaik, meint die Doppelnutzung von landwirtschaftlichen Nutzflächen. Das bedeutet: Auf den Flächen wird erneuerbarer Strom mithilfe von Photovoltaikanlagen erzeugt, ohne dass dabei fruchtbarer Ackerboden für die Nahrungsmittelproduktion verloren geht. Denn dieser kann weiterhin unter oder zwischen den Paneelen genutzt werden.

So soll die Flächeneffizienz mit Agrophotovoltaikanlagen gesteigert, der Anteil der Solarenergie erhöht werden und gleichzeitig die fruchtbaren Ackerflächen erhalten bleiben. Dabei soll die landwirtschaftliche Nutzung der Flächen im Vordergrund stehen.

Mit dieser Doppelnutzung soll die Energiewende vorangebracht werden. Wir haben uns den Stand der Forschung und die aktuelle Situation in Deutschland angeschaut. Außerdem zeigen wir hier, welche Herausforderungen es zu meistern gibt.

Modelle der Agrophotovoltaik

Es gibt zwei Modelle in der Agrophotovoltaik.
Es gibt zwei Modelle in der Agrophotovoltaik.
(Foto: Roberto / stock.adobe.com)

Bisher haben sich zwei Arten der Agrophotovoltaik etabliert:

Horizontale Agrophotovoltaik

Hier wird die landwirtschaftliche Fläche auf zwei Stockwerken genutzt:

  • Am Boden wird Landwirtschaft betrieben.
  • Darüber sind PV-Module auf einem Gestell.

So ergibt sich ein zweites Stockwerk für Solarstrom. Der Platzverlust durch die Gestelle für die Photovoltaikmodule ist minimal.

Vertikale Agrophotovoltaik

Die Photovoltaikmodule werden hier vertikal aufgestellt, dabei werden sogenannte bifasziale Module verwendet. Das heißt, sie können das Sonnenlicht von beiden Seiten aufnehmen. Die Flächen können zwischen den Photovoltaikplatten normal genutzt werden. Die vertikalen Platten können zur Zweitnutzung auch als Zäune für Weideflächen dienen. 

Warum Agrophotovoltaik?

Um die Energiewende voranzubringen, ist ein massiver Ausbau der Solarstromproduktion notwendig. Durch konventionelle Photovoltaikanlagen auf landwirtschaftlichen Flächen gehen wertvolle natürliche Ressourcen verloren. Landwirtschaftliche Nutzflächen sind begrenzt und wertvoll.

Mit Agrophotovoltaik kann dieses Problem gelöst werden: Es können sowohl Lebensmittel als auch Strom auf derselben Fläche erzeugt werden. Die Effizienz jeder landwirtschaftlichen Nutzfläche wird dadurch gesteigert.

Weitere Vorteile von Agrophotovoltaik:

  • Steigerung der Resilienz der landwirtschaftlichen Produkte: Obst und Gemüse sind durch die Photovoltaikplatten, die wie ein Dach fungieren, besser vor Hagel, Dürre und Frost geschützt. So lassen sich auch Ernteausfälle in den zunehmenden Trockenperioden reduzieren oder ganz vermeiden. 
  • Geringerer Bewässerungsbedarf: Durch die Teilbeschattung der Photovoltaikplatten sinkt der Bewässerungsbedarf, da der Boden nicht so schnell austrocknet.
  • Geringere Bodenerosionen durch Wind: Die Photovoltaikanlagen bremsen automatisch starke Windböen aus. So wird weniger Bodenmaterial durch den Wind abgetragen. Bodenerosionen werden dadurch vermieden, wodurch die Bodenqualität langfristig erhalten bleibt. 
  • Doppelnutzung der Photovoltaikkonstruktion: Bei vielen Obst,- Gemüse,- oder auch Sonderkulturen, wie zum Beispiel Hopfen, braucht es Konstruktionen zur Befestigung der Pflanzen. Hierfür kann bei Agrophotovoltaikanlagen die Konstruktion der Photovoltaikanlagen benutzt werden, oder auch als Zaun für Tiere.
  • Möglichkeit der autarken Landwirtschaft: Landwirtschaftliche Betriebe können durch den Eigenverbrauch des Stroms ihre Kosten senken und autark werden.
  • Einkommensquelle für Landwirt:innen: Strom, den die Landwirt:innen selbst nicht benötigen, können sie verkaufen.

Laut dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) soll die in Deutschland installierte Photovoltaikkapazität bis zum Jahr 2050 acht- bis zehnfach erhöht werden. So könnte nicht nur die Energiewende vorangebracht, sondern auch ein Beitrag zum Klimaschutz geleistet werden. Gleichzeitig können die integrierten Photovoltaikanlagen die Pflanzen und Böden vor negativen Umwelteinflüssen schützen. 

Herausforderungen der Agrophotovoltaik

Die Maschinen müssen unter oder zwischen die Paneele passen.
Die Maschinen müssen unter oder zwischen die Paneele passen.
(Foto: CC0 / Pixabay / WFranz)

Im Bereich der Agrophotovoltaik gibt es auch einige Herausforderungen.

Landschaftsbild und Akzeptanz

Die Agrophotovoltaik verändert das Landschaftsbild. Vor allem in touristischen Gebieten könnte das zum Nachteil werden. Doch im Gegensatz zu klassischen Freiflächenphotovoltaikanlagen, bei denen die komplette Fläche mit Paneelen zugepflastert ist, ist die Bebauung bei der Agrophotovoltaik nicht so konzentriert. Hier stellt sich die Frage, was uns wichtiger ist: Das Landschaftsbild oder der Umstieg auf Erneuerbare Energien? Wenn die Agrophotovoltaikanlagen so konzipiert werden, dass sie in das Landschaftsbild passen, kann mit einer höheren Akzeptanz gerechnet werden.

Wirtschaftlichkeit

Bisher ist unklar, ob sich eine Agrophotovoltaikanlage wirtschaftlich rechnet. Dies hängt von vielen Faktoren ab, diese müssen im Einzelfall genau geprüft werden. Wie das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme untersucht hat, ist es am effizientesten, wenn Landwirt:innen den Strom für den Eigenverbrauch nutzen.

Schwieriger zu bearbeiten

Flächen mit Agrophotovoltaikanlagen sind schwieriger zu bewirtschaften als solche ohne. Je nachdem, welche Modelle und Konstruktionen verwendet werden, braucht es gegebenenfalls spezielle Maschinen zur Bearbeitung. 

Laufende Projekte in Deutschland

Das APV-Obstbau-Projekt untersucht, inwiefern durch Agrophotovoltaik eine Schutzfunktion im Apfelanbau gewährleistet ist.
Das APV-Obstbau-Projekt untersucht, inwiefern durch Agrophotovoltaik eine Schutzfunktion im Apfelanbau gewährleistet ist.
(Foto: CC0 / Pixabay / GaelleLaborie)

Seit 2017 betreut das ISE eine landwirtschaftliche Fläche am Bodensee, die mit Agrophotovoltaik ausgerüstet ist. Hier werden insgesamt 0,3 Hektar Ackerfläche mit horizontalen Photovoltaikmodulen ausgestattet. Angebaut werden in diesem Pilotprojekt Winterweizen, Kartoffeln, Sellerie und Kleegras. Erste Ergebnisse haben gezeigt, dass vor allem in den heißen Jahren bessere Erträge erzielt werden konnten. Das liegt an der Verschattung und damit einhergehenden geringeren Verdunstung von Wasser. 

Ein weiteres Projekt, welches vom Fraunhofer-Institut begleitet wird, ist im Obstanbau. Dieser ist in Deutschland bereits heute von den Folgen des Klimawandels betroffen und es werden häufig Hagelschutznetze und Folien eingesetzt. Diese dienen zum Schutz vor extremen Wetterereignissen.

Im APV-Obstbau-Projekt untersucht das ISE, inwiefern durch Agrophotovoltaik eine Schutzfunktion im Apfelanbau gewährleistet ist, welches Anlagenmodell für die Kultur sinnvoll ist und wie sich die Ernteerträge verhalten. Ziel des Projektes ist eine erhöhte Widerstandsfähigkeit der Früchte im Obstanbau durch den Schutz vor schädlichen Umwelteinflüssen.

Förderung von Agrophotovoltaik

In Deutschland gibt es laufende Pilotprojekte zur Agrophotovoltaik, die auch gefördert werden. Marktreif ist die Kombination von Landwirtschaft und Photovoltaiktechnik bisher aber noch nicht. Deshalb gibt es in Deutschland bisher keine staatlichen Förderungen. Im Blick auf die Energiewende ist es nicht unwahrscheinlich, dass es in Zukunft auch eine staatliche Förderung geben kann.

Anders sieht es bereits in Ländern wie Frankreich, Japan und China aus: Hier wird Agrophotovoltaik gezielt gefördert. Die bisher größte Agrophotovoltaikanlage steht in China. Dort wurde zuvor unfruchtbares Land am Rande der Wüste dank schattenspendender Solarplatten zu fruchtbarem Land gemacht. Im Blick auf immer stärker werdende Hitzeperioden in Deutschland könnte Agrophotovoltaik auch hier eine Lösung sein.

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