Noch vor zwei Jahren bestand das Landvolk Niedersachsen darauf, dass Solarparks nur dort gebaut werden sollen, wo der Boden nicht für die Landwirtschaft geeignet ist. Vor dem Hintergrund der ohnehin rasant voranschreitenden Flächenversiegelung in Deutschland forderten die Landwirte, dass beim Photovoltaik-Zubau vorrangig auf Dachanlagen gesetzt wird und Freiflächenanlagen nicht auf guten, landwirtschaftlich nutzbaren Böden entstehen sollten. Damit adressierten die Bauern das bereits seit längerem diskutierte “Tank-oder-Teller”-Problem, das heißt den Landnutzungskonflikt zwischen Energieerzeugung und landwirtschaftlichem Anbau. Heute – zwei Jahre später – sieht die Situation schon ganz anders aus. Die Bundesministerien für Wirtschaft und Klimaschutz, Umwelt und Landwirtschaft sind sich einig: Zukünftig sollen auch verstärkt landwirtschaftliche Flächen sowie landwirtschaftlich genutzte Moorböden für den Ausbau der Photovoltaik genutzt werden.
Doch woher kommt dieser Sinneswandel? In den vergangenen Jahren hat sich eine Alternativlösung etabliert, die es ermöglicht, auf der gleichen Fläche sowohl regenerative Energie zu erzeugen als auch Nahrungsmittel effizient anzubauen – die Agri-Photovoltaik.
Agri-Photovoltaik soll landwirtschaftlichen Anbau und Stromproduktion ermöglichen
Das Prinzip der Agri-Photovoltaik ist so simpel wie überzeugend: Auf ein und derselben Fläche können Bauern Landwirtschaft betreiben und gleichzeitig Strom produzieren. Bereits im Jahr 1982 wurde dieser Lösungsansatz erstmals am Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) präsentiert. Doch es stellten sich viele Fragen, die teils bis heute nicht beantwortet sind. Wie müssen Solaranlagen konstruiert sein, um die landwirtschaftliche Nutzung nicht zu behindern? Wie beeinflussen sie Temperatur, Sonneneinstrahlung auf die Böden, Bodenfeuchte und andere Faktoren? Und wie wirkt sich das auf welche Nutz- und Kulturpflanzen aus? Um Antworten zu finden, hat das Institut gemeinsam mit mehreren Projektpartnern im Jahr 2015 das Modellprojekt APV-RESOLA ins Leben gerufen. Dazu wurde eine Forschungsanlage mit einer Größe von 2,5 Hektar auf einem Demeter-Bauernhof am Bodensee eingerichtet. Auf einem Drittel der Fläche wurde eine PV-Anlage errichtet, deren Module in fünf Metern Höhe angebracht sind. Das restliche Areal verblieb als Referenzfläche zum Vergleich der Ackererträge ohne Überbauung. Angebaut wurden Winterweizen, Kartoffeln, Kleegras und Sellerie.
Nach über vier Jahren Projektlaufzeit präsentierten die Forscher im Jahr 2019 ihre Ergebnisse – und diese waren vielversprechend. Im ersten Projektjahr 2017 konnte das Forschungskonsortium eine Landnutzungsrate von 160 Prozent nachweisen, im Hitzesommer 2018 wurde sogar ein Spitzenwert von 186 Prozent erreicht. Zum Verständnis: Die Landnutzungsrate würde 100 Prozent betragen, wenn die Fläche z. B. ausschließlich zur Energiegewinnung über klassische Freiflächen-Photovoltaikanlagen einerseits oder zum Anbau etwa von Kartoffeln andererseits genutzt würde. In der kombinierten Nutzung entsprach der Ertrag der PV-Anlage aufgrund der für die landwirtschaftliche Nutzung erforderlichen größeren Modulabstände und der somit geringeren Anzahl von Modulen, die auf der Fläche platziert werden können, zwar nur 83 Prozent des Ertrags, der bei einer alleinigen Nutzung zur Stromerzeugung erzielt werden könnte. Gleichzeitig konnte auf derselben Fläche jedoch beim Anbau von Kartoffeln ein Ertrag von 103 Prozent verglichen mit einer Anbaufläche ohne Solarmodule erzielt werden, so dass die Gesamt-Landnutzungseffizienz 186 Prozent betrug.
Viele Kulturpflanzen profitieren von der Koexistenz mit den Solarmodulen
Die Ergebnisse sprechen also nicht nur für eine deutlich effizientere Landnutzung, sondern zeigen auch, dass Pflanzen wie die Kartoffel sich besser entwickeln können, wenn sie sich den Acker mit einer PV-Anlage teilen. Die Gründe dafür sind vielfältig. So bewirkt die Teilverschattung unter den semitransparenten Solarmodulen einen Schutz vor direkter Sonneneinstrahlung. In Hitzeperioden war Messungen der Universität Hohenheim zufolge zudem die Bodentemperatur niedriger als die der Vergleichs-Anbaufläche ohne Solarmodule, die Bodenfeuchtigkeit jedoch höher. Davon profitieren nicht nur deutsche Äcker in heißen Sommern wie z. B. im Jahr 2018, sondern es wird auch das Potenzial des Konzepts für aride, also besonders trockene Regionen weltweit, deutlich. Das Fraunhofer ISE arbeitet bereits am Transfer der Technologie in Entwicklungs- und Schwellenländer. Die Ergebnisse einer Vorstudie für den indischen Bundesstaat Maharashtra legen nahe, dass Tomaten und Baumwolle durch die Verschattung und die geringere Verdunstung bis zu 40 Prozent höhere Ernteerträge erzielen könnten – die Landnutzungseffizienz könnte sich dadurch sogar verdoppeln.
Die Umsetzung der Agri-Photovoltaik ist überraschend vielseitig. Auf dem Markt sind aktuell sowohl schräg ausgerichtete Module in luftigen Höhen wie bei der Modellanlage des Fraunhofer ISE und wie sie auch unser ehemaliges Funding SUNfarming verwendet, sowie platzsparende, senkrecht aufgeständerte, beidseitig lichtempfindliche Module wie jene, die unser aktuelles Funding Next2Sun vertreibt. Next2Sun hat sich seit seiner ersten Crowdinvesting-Kampagne auf Econeers im Jahr 2020 sehr positiv entwickelt und im vergangenen Jahr sogar ein neues Produkt auf den Markt gebracht: den Solarzaun. Die senkrecht aufgestellten Solarmodule leisten jetzt einen doppelten Nutzen durch die Energieerzeugung und die Einfriedung von Grundstücken und Gebäuden.
Fakt ist: Die Entwicklung der Agri-Photovoltaik schreitet weiter voran und wird dringend gebraucht, um die eingangs beschriebenen Landnutzungskonflikte zu lösen. Sie wird bei der Planung der Flächennutzung seitens der Bundesministerien bewusst in den Fokus gerückt. Die Agri-Photovoltaik bietet die Chance, sowohl den Arten- und Naturschutz als auch das Erreichen der Klimaziele durch den Ausbau der erneuerbaren Energien zu fördern. Dabei bezeichnen es die drei Bundesressorts auch als Win-Win-Win für alle drei Bereiche: Klima, Natur und Landwirtschaft.
Copyright Abbildung: Next2Sun Mounting Systems GmbH
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