Agri-Photovoltaik (Agri-PV): Solarmodule steigern Ernteerträge um 60%

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Eine wachsende Welt ernähren, unsere Zukunft mit Agri-Photovoltaik-Systemen gestalten

Die Weltbevölkerung wird voraussichtlich in 15 Jahren um 1,2 Milliarden Menschen wachsen, verbunden mit einer steigenden Nachfrage nach Fleisch, Eiern und Milchprodukten, für deren Anbau über 70 % des Süßwassers verbraucht werden, sowie einem steigenden Strombedarf. Es ist längst kein Geheimnis mehr, dass wir eine drastische Umstellung in der Energieerzeugung vornehmen müssen, um klimaneutral zu werden und die Emissionen der Menschheit zu reduzieren. Viele Studien haben gezeigt, dass wir dafür stark in erneuerbare Energiequellen wie Wind und Sonne investieren müssen. Experten prognostizieren, dass die Photovoltaikproduktion in Zukunft voraussichtlich um das Sechs- bis Achtfache gegenüber heute steigen wird. Die Landwirtschaft ist seit Jahrhunderten ein wichtiger Bestandteil des menschlichen Lebens, und daher ist es unerlässlich, dass wir einen Weg finden, diese beizubehalten und gleichzeitig erneuerbare Energie zu erzeugen.

Das Hauptproblem bei traditionellen Solarparks besteht jedoch darin, dass der Boden unter den Modulen nicht genutzt werden kann. Agrivoltaik, die Landwirtschaft mit Stromerzeugung kombiniert, indem unter einem Dach aus Solarmodulen Ackerbau betrieben wird, könnte die Lösung für diese Probleme sein.

Hier kommen Agri-Photovoltaik-Systeme (oder Agri-PV-Systeme) ins Spiel. Diese Technologie ermöglicht es uns, Solarzellen über einem landwirtschaftlichen Feld zu installieren und Strom zu produzieren, während gleichzeitig Pflanzen darunter wachsen können.

AgroSolar: Pflanzen anbauen und Strom erzeugen

Die Agrivoltaik hat auch gezeigt, dass es möglich ist, fast alle Feldfrüchte unter Solarmodulen anzubauen, allerdings kann es in den sonnenärmeren Jahreszeiten bei sonnenhungrigen Pflanzen zu Ertragsverlusten kommen. Nichtsdestotrotz übertrafen die Erträge von APV-Kulturen in „trockenen und heißen“ Jahren das Referenzfeld, was zeigt, dass Agrivoltaik in heißen und trockenen Regionen ein Wendepunkt sein könnte.

Die Erfahrung mit Agrivoltaik ist noch relativ begrenzt, aber es gibt viele Varianten der Agrivoltaik, die derzeit aktiv erforscht werden. Die großen Erfolge wurden hauptsächlich mit schattentoleranten Kulturen wie Salat, Spinat, Kartoffeln und Tomaten erzielt. Einige äußerst vielversprechende Beispiele sprechen stark für die Agrivoltaik.

Die Fläche wird doppelt genutzt und wir können die Energieerzeugung maximieren. Die Agri-PV-Systeme wurden am Fraunhofer-Institut entwickelt, und Forscher glauben, dass diese Technologie das Potenzial hat, den gesamten Energiebedarf Deutschlands mit nur vier Prozent der landwirtschaftlichen Fläche zu decken. Diese Art der erneuerbaren Energieerzeugung wurde bereits im Unternehmen Steinicke in Lüchow, Niedersachsen, getestet. Die Solarmodule wurden in sechs Metern Höhe installiert und darunter im Schatten Kräuter angebaut. Dies ist vorteilhaft für die Pflanzen, da es ein Mikroklima schafft und Sonnenbrand schäden reduziert. Das Fraunhofer-Institut hat auch ein Versuchsfeld mit Apfelbäumen angelegt, um die Auswirkungen des Schattens und die Auswirkungen auf die Ernte zu messen. Erste Ergebnisse zeigen, dass das Photovoltaikdach sogar für einige Sorten vorteilhaft ist und sie vor Schädlingen schützt. Diese Technologie kann schätzungsweise rund 700.000 Kilowattstunden Strom jährlich erzeugen. AgroSolar ist ein Pionier dieser Technologie und arbeitet derzeit an weiteren Projekten.

Langwierige Verfahren und kostspielige Installation

Allerdings stehen sie vor einem gängigen Problem – langwierigen Verfahren. Oft dauert es zweieinhalb Jahre, bis das Bebauungsplanverfahren mit einer Änderung des Flächennutzungsplans durchlaufen ist, was zwischen 20.000 und 80.000 Euro kosten kann. Dies macht es für kleine Anlagen schwierig, sich den Prozess leisten zu können. Es bedarf mehr Anreize, damit Landwirte und Unternehmer in Agri-PV-Systeme investieren, so dass dies eine potenzielle Förderung durch die Europäische Union sein könnte (die übliche Quelle für EU-weite Agrarsubventionen). Die Genehmigung muss schneller und einfacher erfolgen, und die Digitalisierung könnte ein hilfreiches Werkzeug sein.

Die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen müssen stimmen, damit die Menschen umsteigen, Photovoltaik kann ein hilfreiches Element im Kampf gegen den Klimawandel sein. Mit Agri-PV-Systemen haben wir die Möglichkeit, erneuerbare Energie zu erzeugen und gleichzeitig die Landwirtschaft aufrechtzuerhalten, damit wir weiterhin Nahrungsmittel produzieren und die Menschheit ernähren können. Diese Technologie hat das Potenzial, so viel Strom zu erzeugen wie 170 Atomkraftwerke (theoretisch), wenn die Technologie in größerem Maßstab umgesetzt würde.

Vertikal montierte bifaziale Solarmodule, die Solarenergie von beiden Seiten des Moduls sammeln können, werden eingesetzt, um mehr Ackerfläche zu ermöglichen. Diese Art der Installation würde sich besonders gut in Gebieten eignen, die unter Winderosion leiden, da die Strukturen die Windgeschwindigkeiten reduzieren, was zum Schutz des Landes und der dort angebauten Feldfrüchte beitragen kann. Die bifazialen Module können pro Quadratmeter mehr Strom erzeugen als herkömmliche einseitige Module und benötigen keine beweglichen Teile.

Doppelte Landnutzung: Risiken und Chancen abwägen

Agri-Photovoltaik ist eine relativ neue Technologie, die ein wichtiger Faktor für die Energiewende sein könnte. Das Potenzial dieser Technologie ist groß, aber auch die Hürden, die überwunden werden müssen, damit sie Akzeptanz findet. Um bis 2030 215 Gigawatt PV zu installieren, hat die EEG-Novelle einiges in Bewegung gesetzt. Dazu gehört eine Technologieförderung von 1,2 Cent pro Kilowattstunde, aber Experten sagen, dass dies möglicherweise nicht ausreicht.

Die Niederlande sind der zweitgrößte Lebensmittelexporteur der Welt, und ein Unternehmen namens „GroenLeven“, eine Tochtergesellschaft der BayWa AG mit Hauptsitz in München, Deutschland, hat mehrere Pilotprojekte mit lokalen Obstbauern gestartet. Sie haben drei Hektar einer vier Hektar großen Himbeerplantage in Babberich, Niederlande, in eine 2 MW Agri-Photovoltaik-Anlage umgewandelt.

Die Himbeerpflanzen wurden direkt unter den Solarmodulen angebaut, die in abwechselnden Ost-West-Ausrichtung aufgestellt wurden, um den Solarertrag zu maximieren und gleichzeitig die Pflanzen vor Wind zu schützen. Die Menge und Qualität der unter den Modulen produzierten Früchte waren gleich oder besser als die unter herkömmlichen Folientunneln produzierten Früchte, und der Landwirt sparte viel Arbeit bei der Bewirtschaftung der Folientunnel. Ein weiterer bedeutender Vorteil war, dass die Temperatur unter den Solarmodulen um mehrere Grad kühler war, was für die Landarbeiter angenehmer war und die Menge des benötigten Bewässerungswassers im Vergleich zur Referenzfläche um 50 % reduzierte.

Vorteile von AgroSolar

Durch die Eliminierung des Flächenkonflikts zwischen Nahrungs- und Energiepflanzen ermöglicht die neue Technologie eine deutliche Steigerung der Flächennutzungseffizienz – derzeit bis zu 186 % (laut AgroSolar).

Eine spezialisierte Landmaschine bewirtschaftet Land unter erhöhten Solarmodulen in einer Agri-Photovoltaik-Anlage und veranschaulicht, wie diese Dual-Use-Technologie die Flächeneffizienz durch die Kombination von sauberer Energieerzeugung mit optimiertem Pflanzenwachstum auf bis zu 186 % steigert.

Diese weitläufige Agri-Photovoltaik-Anlage demonstriert das innovative Dualsystem, das saubere Energie mit der Landwirtschaft verbindet und erhebliche Vorteile bietet.

Diese Agri-Photovoltaik-Anlage ist ein Beispiel für das anpassbare Design von Dualsystemen, das sich an landwirtschaftliche Flächen und Kulturen anpasst.

Vorteile des Dualsystems laut AgroSolar:

• Jedes Agri-Photovoltaik-System ist individuell anpassbar und flexibel, zugeschnitten auf die Größe der Fläche, die Art der angebauten Kulturen und die geologischen Bedingungen.
• Agri-PV schützt Kulturen und Ernten vor ** extremen Wetterereignissen wie Hitze, Dürre, Starkregen, Hagel und Wind**.

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• Landwirtschaftliche Maschinen unterschiedlicher Größe können weiterhin wie gewohnt unter den Agri-Photovoltaikanlagen eingesetzt werden.

• Der Wasserbedarf der landwirtschaftlichen Flächen kann um bis zu 20 % reduziert werden, und die Wasserspeicherfähigkeit des Bodens wird erhöht.

• Kohlenstoff – Landwirtschaft: Mit Agri-PV kann kontrolliert Humus aufgebaut werden, was den Bedarf an Düngemitteln reduziert und die Speicherung von mehr CO2 im Boden ermöglicht.

• Die Nutzung von Agri-PV steigert die Ernteerträge, was zu höheren Einnahmen für den landwirtschaftlichen Betrieb führt.

• Flexibel und profitabel: AgroSolar Europe bietet neben der Investition in eine eigene Anlage auch ein Leasingmodell an, sodass der landwirtschaftliche Betrieb keinen Aufwand für die Installation und den Verkauf von Strom hat.

Agrivoltaik hat das Potenzial, eine erfolgreiche Strategie zur Deckung unseres Energiebedarfs und zur Reduzierung des Wasserverbrauchs in heißen und trockenen Regionen der Welt zu sein.

Obwohl Agri-PV viele Vorteile hat, wie z. B. die Bereitstellung eines Daches über einer Fläche und die doppelte Landnutzung, gibt es Nachteile, die berücksichtigt werden müssen. Dazu gehören:

• Höhere Kosten
• Die Notwendigkeit, die landwirtschaftliche Produktion mit der Stromerzeugung in Einklang zu bringen
• Bedenken hinsichtlich des Bodenschutzes

Der Widerstand der Gemeinschaft gegen Agrivoltaik muss jedoch kontrolliert werden, insbesondere Pseudo-Agrivoltaik, bei der große Solarparks unter dem Deckmantel der Landwirtschaft errichtet werden. Regeln, Vorschriften und Bürokratie können die Agrivoltaik ebenfalls behindern, und es ist unerlässlich, die richtige lokale Unterstützung aufrechtzuerhalten. Die EU betrachtet Agrivoltaikanlagen als physische Bauwerke und verlangt eine Baugenehmigung. Die Kosten pro kWh für Agrivoltaik können 10-20 % höher sein als bei herkömmlichen Solarparks, was die Frage aufwirft, wem die Solarmodule gehören. Ohne staatliche Intervention durch Subventionen oder Preisgarantien haben Agrivoltaik-Anlagen möglicherweise keine Chance gegen andere Solarinitiativen. Agrivoltaik hat das Potenzial, unsere Lebensmittelversorgung und den Übergang zu saubereren Energiequellen zu unterstützen, ohne Ackerland zu opfern, insbesondere wenn wir Land, das derzeit für den Anbau von Biokraftstoffpflanzen genutzt wird, in Land für die tatsächliche menschliche Nahrungsmittelproduktion oder Wiederaufforstung umwandeln können.

Ich habe auch meinen Kollegen AgroSolar-Fan Lukas auf Twitter gebeten, einige Gedanken zu Einschränkungen zu teilen, und hier sind sie:

• Gutes Regenwassermanagement. Z. B. automatisch reinigbare, für Starkregen ausreichende Rinnen an den Traufen, die zu Speichertanks für die Bewässerung führen.

• Datenbank darüber, was wie gut wächst mit Agrosolar: Die Datenbank ist nicht viel über Physik, aber sie ist wichtig, da nicht alle Pflanzen bei weniger harter Sonne besser wachsen. Viel weniger beängstigend für Landwirte.

Zusammenarbeit mit semi-lokalen Power-to-Gas Puffer- Speicherlösungen: Komplementäre, nicht oberflächenversiegelnde, containerisierte Power-to-Gas-Technologien könnten eine gute, modular skalierbare Option sein. Um Agrosolar über die von mir als "Peak Solar Negativstrompreis-Barriere" bezeichnete Grenze hinaus zu treiben. Diese Barriere ist bereits vorhanden und könnte sich bald stark verschärfen.

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• Fraunhofer Institute (2023) - Forschung, die zeigt, dass 4 % der landwirtschaftlichen Fläche den Energiebedarf Deutschlands decken können.
• AgroSolar Europe - Land Use Efficiency up to 186% (2023) - Unternehmensdaten zu dualen Produktionssystemen, die eine Landnutzungseffizienz von 186 % erreichen.
• Expert Insights on Agrivoltaic Constraints (2023) - Expertenkommentare zu technischen und praktischen Herausforderungen der Agrivoltaik.
• BayWa AG (2023) - Fallstudie einer 2-MW-Himbeerfarm mit 50 % weniger Bewässerung.