Erneuerbare Energien 23.05.2023, 09:15 Uhr

Steigende Erträge trotz Dürre: Die Chancen der Agri-Photovoltaik

Die Energiekrise spitzt sich weiter zu: Immer lauter werden Forderungen für den Einsatz der erneuerbaren Energien, immer häufiger kommen Forderungen, Energie zu sparen, wo immer es geht. Klar ist: Wir brauchen innovative Lösungen. Agri-Photovoltaik könnte eine davon sein. Eine Studie zeigt, dass die Beschattung durch Solarpaneele bei Dürreperioden sogar zu Ertragssteigerungen führen kann.

Für Agri-PV ist eine zielgerichtete Förderung dringend notwendig.

In Zeiten der Energiekrise ist Agri-PV ein guter Einsatz, um unsere Umwelt zu erhalten und gleichzeitig die fruchtbaren Böden für die Nahrungsmittelproduktion zu sichern.

Foto: Fraunhofer ISE

Die Installation von Photovoltaik-Anlagen auf Freiflächen führt immer wieder zu Diskussionen, da sie in direkter Konkurrenz zu anderen Formen der Landnutzung stehen – zum Beispiel der landwirtschaftlichen Produktion. Eine Lösung dafür ist, wie bereits erwähnt, die Agri-Photovoltaik, denn dadurch wird die Erzeugung von Nahrungsmitteln und Energie auf derselben Fläche ermöglicht. Die Photovoltaik-Paneele werden auf Ständern platziert, und darunter werden die Nutzpflanzen angebaut. Alternativ können die Module in Bodennähe installiert werden, sodass zwischen ihnen Landwirtschaft betrieben werden kann.

Was versteht man unter Agri-Photovoltaik (Agri-PV)?

Wenn man die landwirtschaftlichen Flächen für die Nahrungsmittelproduktion nutzt und darüber gleichzeitig PV-Strom erzeugt, spricht man von Agri-Photovoltaik (Agri-PV). Mit anderen Worten: Nahrungsmittel- und Energieproduktion findet auf einer Fläche statt. In Zeiten der Energiekrise ein guter Einsatz, um unsere Umwelt zu erhalten und gleichzeitig die fruchtbaren Böden für die Nahrungsmittelproduktion zu sichern.

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Schließlich haben landwirtschaftliche Betriebe große Freiflächen, die für Photovoltaikanlagen sehr gut geeignet sind und deren Einsatz die Flächeneffizienz steigern kann. Dann könnte man sogar eine „Doppelernte“ haben: Lebensmittel und Energie.

Die Dürre der vergangenen Sommermonate hat in der deutschen Landwirtschaft zu großen Ernteausfällen geführt. Starkregen und Hitzewellen werden immer häufiger auftreten. Und genau hier kommen die Agri-PVs zum Einsatz.

Stabilisierende Wirkung auf die Ernteerträge

Eine Studie der Universität Hohenheim in Stuttgart zeigt, dass Agri-Photovoltaik dazu beitragen kann, die Auswirkungen von Dürreperioden auf die landwirtschaftliche Produktion von pflanzlichen Nahrungsmitteln abzumildern. Nun haben Forschende vom Fachgebiet Pflanzenökologie der Universität Hohenheim unter Leitung von Jun.-Prof. Dr. Andreas Schweiger bewiesen, dass diese Form der Energieerzeugung noch mehr kann. Normalerweise führt die Beschattung, die bei ausreichender Wasserversorgung zu Ernteausfällen führen kann, bei Dürre jedoch zu einer Steigerung der Erträge. Auch in Europa ist in Zukunft mit längeren Trockenperioden zu rechnen.

„Zwar verringert die Beschattung durch die Photovoltaik-Anlage die Erträge, wenn ausreichend Wasser für das Pflanzenwachstum zur Verfügung steht“, erklärt die wissenschaftliche Mitarbeiterin Lisa Pataczek in der Pressemitteilung. „Bei Wasserknappheit profitieren die Pflanzen jedoch von der geringeren Verdunstung und damit einem geringeren Wasserverlust: Der Ertrag ist höher als auf den unbeschatteten Flächen.“ Damit hat die Agri-Photovoltaik eine stabilisierende Wirkung auf die Ernteerträge.

Potenzial der Agri-Photovoltaik

Besonderes Potenzial gebe es laut der Forschenden in den trockenheitsanfälligen Regionen der Welt. Dazu gehören unter anderem der Westen der Vereinigten Staaten, das östliche und südliche Afrika, die Arabische Halbinsel, der Nahe Osten, Indien und Australien. „Zudem stellt in den Randgebieten aller großen Wüsten der Welt die Photovoltaik eine Strategie zur Bekämpfung der Wüstenbildung dar“, erklärt Jun.-Prof. Dr. Schweiger. Damit trage die Agri-Photovoltaik nicht nur dazu bei, die Auswirkungen des Klimawandels in bereits als trocken eingestuften Regionen abzuschwächen. „Sie wird vor allem für Regionen von Bedeutung sein, die in Zukunft mit einer zunehmenden Wasserknappheit konfrontiert sein werden, wie zum Beispiel in großen Teilen der Mittelmeerregion.“

Allerdings sei das Potenzial von Region, Pflanzen und verwendetem System abhängig. „So tolerieren die meisten der bislang untersuchten Kulturen eine Beschattung von bis zu 15 Prozent ohne nennenswerte Ertragseinbußen“, erklärt der Experte.

So können beispielsweise Beeren, Obst und Fruchtgemüse von einer Beschattung sogar profitieren. Die Erträge von Futterpflanzen, Blattgemüse, Knollen- und Hackfrüchte sowie der meisten Getreide-Arten können hingegen darunter minimal leiden. Bei Mais, Ackerbohnen, Soja und Lupinen muss man leider selbst bei geringer Beschattung mit starken Ertragseinbußen rechnen.

Das Potenzial dieser Anlagen ist enorm: „Würden die in Deutschland bis 2030 geplanten Freiflächenanlagen von 80.000 Hektar zur Hälfte als hoch aufgeständerte Agri-PV errichtet, könnten damit im Durchschnitt circa 30.000 Terawattstunden Strom jährlich erzeugt werden“, heißt es in der DBV- Pressemitteilung.

„Agri-PV kann zukünftig sicherlich ein wichtiger Baustein für die Energiewende werden. Viele Landwirtinnen und Landwirte sehen in Agri-PV eine gute Möglichkeit, erneuerbare Energien mit Landwirtschaft zu vereinen“, kommentierte Udo Hemmerling, stellvertretender Generalsekretär des DBV.

Weitere Forschungen und Förderungen erforderlich

„Noch fehlt es allerdings an detailliertem, fundiertem Wissen über die Beziehungen zwischen den unterschiedlichen Formen der Agri-Photovoltaik und den Reaktionen der verschiedenen Pflanzen“, weist Lisa Pataczek auf den großen Forschungsbedarf hin. „So beginnen viele Pflanzen im Schatten, das Wachstum des oberirdischen, photosynthetisch aktiven Blattmaterials zu erhöhen. Interessant ist dies zum Beispiel bei Salat, da dieser Teil der Pflanzen von wirtschaftlichem Interesse ist“, erklärt sie. Deshalb seien weitere Forschungen wichtig.

„Da Agri-PV-Anlagen im Außenraum gebaut werden, ist in aller Regel die Aufstellung eines Bebauungsplans durch die örtliche Kommune notwendig. Oft muss hierfür zunächst der Flächennutzungsplan geändert werden. Diese Verfahren nehmen enorm viel Zeit in Anspruch und verzögen damit den Markthochlauf der Agri-PV“, erklärte Prof. Dr. Michael Frey, Professor für Rechts- und Kommunalwissenschaften an der Hochschule Kehl.

Notwendig sei demzufolge eine zielgerichtetere Förderung hoch aufgeständerter Agri-PV und Vereinfachungen der Genehmigungsverfahren für den Bau von Agri-PV-Anlagen. Erforderlich seien vor allem Rahmenbedingungen, die auch kleinere Agri-PV-Anlagen wirtschaftlich attraktiv machen, so dass Landwirtschaftsbetriebe sie selbst betreiben können. Bei kleinen Anlagen können die Betriebe als Eigentümer und Betreiber fungieren. Auch finanziell könnten sie es sich leichter leisten, so dass sie einen einfachen Einstieg in die erneuerbaren Energien vollziehen.

Angefangen mit kleineren Anlagen, kann man den Ausbau von erneuerbaren Energien voranbringen. Laut EEG besteht für große, hoch aufgeständerte Agri-PV-Anlagen zukünftig zusätzlich ein Anspruch auf eine Prämie in Höhe von 1,2 Cent pro Kilowattstunde, um die Mehrkosten für die aufwändigere Unterkonstruktion zu berücksichtigen.

Allerdings sei zweifelshaft, „ob die Höhe der Technologieprämie auskömmlich für einen nennenswerten Ausbau hoch aufgeständerter Anlagen ist. Durch einen zu hohen Kostendruck können Innovationen und Vielfalt beim Markthochlauf verhindert und die landwirtschaftliche Produktion aus dem Auge verloren gehen. Vor allem stark gestiegene Stahlpreise erhöhten in den letzten Jahren die Kosten für die Aufständerung“, heißt es im gemeinsamen Statement. Von daher sei eine starre Prämie effizienter, damit mehr Anlagen aufgestellt werden.

Welche Vorteile gibt es durch den Einsatz einer Agri-PV-Anlage?

  • Die PV-Modulreihen der Agri-PV Anlagen bzw. die Teilüberdachung können Anbaukulturen gut vor extremen Wetterereignissen schützen – sei es der Hagel, zu hohe Sonneneinstrahlung oder zu hohe Verdunstung von Wasser aus den Pflanzen und den Bodenoberflächen.
  • Jede Agri-Photovoltaikanlage kann individuell und flexibel angepasst werden, vor allem an die Größe der Fläche und die angebauten Pflanzen.
  • Landwirtschaftliche Technik kann unter Photovoltaikmodulen eingesetzt werden
    Solarstromerzeugung und Tierhaltung: Die schrägstehenden Solaranlagen bieten Wetterschutz für Nutztiere.
  • Die Solarmodule können den Strom für eine vollautomatische Lüftung und Klimatisierung liefern

Ob der Strom vom Acker die Energiekrise noch stoppen kann, wird sich zeigen. Es ist aber nicht wegzudiskutieren, dass der Einsatz von Agri-Photovoltaik einen wesentlichen Beitrag leisten kann, um die Energiekrise wenigstens auszubremsen und die Flächeneffizienz in Agrarbereich deutlich zu steigern.

Ein Beitrag von:

  • Alexandra Ilina

    Redakteurin beim VDI-Verlag. Nach einem Journalistik-Studium an der TU-Dortmund und Volontariat ist sie seit mehreren Jahren als Social Media Managerin, Redakteurin und Buchautorin unterwegs.  Sie schreibt über Karriere und Technik.

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