Polykristalline Solarmodule
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Was ist Agrophotovoltaik?
Agrophotovoltaik ist einer von vielen Namen für diese Art von Landschaftsnutzung. Bekannt ist es auch unter den Namen Agro-PV, Agriphotovoltaik oder Agri-PV. Gemein ist allen Bezeichnungen ihre Bedeutung: die Kombination von Agrarwirtschaft und Photovoltaik. Konkret heißt das, dass auf ein und derselben Fläche sowohl landwirtschaftlicher Betrieb stattfindet, als auch Solarstromerzeugung.
Auf einen Blick: Agrophotovoltaik
Die Agrophotovoltaik bezeichnet die doppelte Nutzung von Freifläche zur landwirtschaftlichen Nutzung und zur Energieerzeugung durch Photovoltaik. Weltweit sind bereits circa 14 GWp installiert. In Deutschland könnte mit diesem Konzept eine Leistung von 1,7 TWp erreicht werden.
Erschließung neuer Flächen für erneuerbare Energien
Synergien mit Landwirtschaft
finanzielle Entlastung für landwirtschaftliche Betriebe
Grundsätzliche Erforschung und Weiterentwicklung
Agrophotovoltaik muss gesellschaftliche Akzeptanz erfahren
Förderungen & Abbau von Hürden
Ertragsverluste
Die Agrophotovoltaik ist noch neu. Dementsprechend sind die Kosten dafür höher, als für eine herkömmliche Freiflächen-Anlage. Unterm Strich sind die APV-Anlagen aber kosteneffizienter, als Dachanlagen. Die Mehrkosten entstehen zum Beispiel durch:
- Sonderangefertigte PV-Module
- Aufwändige PV-Konstruktionen
- Höherer Aufwand bei Wartung, Reparatur und Reinigung
Wie funktioniert die Agrophotovoltaik?
Um sowohl Lebensmittel als auch Solarstrom auf einer Fläche ernten zu können, gibt es zwei verschiedene Möglichkeiten:
Horizontale Agrophotovoltaik
Bei der horizontalen Photovoltaik wird die verfügbare Fläche wortwörtlich auf verschiedenen Ebenen genutzt. Am Boden wird wie üblich die Landwirtschaft betrieben. Darüber werden die PV-Module auf einem Gestell angebracht. So ergibt sich eine zweite Fläche für die Solarstromernte.
Die PV-Module werden horizontal angebracht, sodass sie möglichst viel Sonnenstrahlung auffangen können. Das bedeutet im Umkehrschluss auch, dass die Ackerpflanzen darunter beschattet werden. Das kann sich positiv und negativ auf den Ernteertrag auswirken, mehr dazu aber später.
Für das PV-Gerüst wird die Ackernutzung teilweise eingeschränkt, Traktoren und andere Maschinen zur Bewirtschaftung können dann nicht mehr frei arbeiten, sondern müssen die Gerüste umfahren. Dadurch wird also ein kleiner Teil der landwirtschaftlichen Fläche eingebüßt. Die zugewonnene Fläche für die PV-Anlage ist aber deutlich größer, als die verlorene Ackerfläche.
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Vertikale Agrophotovoltaik
Auch vertikale Agri-PV-Anlagen nutzen die Aufständerung – der große Unterschied: die PV-Module werden vertikal ausgerichtet. Damit sind sie vor allem auf die Sonnenstrahlung aus Ost-West-Richtung ausgelegt. Um möglichst viel Sonnenstrahlung aufnehmen zu können, sind die Module bifaszial, das heißt sie können von beiden Seiten bestrahlt werden.
Die vertikale Aufständerung kann ebenso wie die horizontale Nutzung auf dem gesamten Acker genutzt werden, also indem PV-Module zwischen den Reihen aufgestellt werden. Auch hier wird die landwirtschaftliche Nutzung geringfügig eingeschränkt, da Geräte um das Gerüst herum arbeiten müssten.
Genauso kann die vertikale Agrophotovoltaik aber auch als Begrenzung der Ackerfläche genutzt werden, also wie ein Zaun. Dadurch wird die Fläche selbst weder beschattet noch anderweitig eingeschränkt. Diese Möglichkeit bietet sich zum Beispiel für Weiden ein, die ohnehin eingezäunt werden müssen.
Offene und geschlossene Agro-PV Anlagen
Agri-PV Systeme werden zusätzlich unterschieden zwischen offenen und geschlossenen Anlagen. Geschlossene Anlagen bilden dabei einen geschlossenen Raum, also zum Beispiel ein Gewächshaus. Offene PV-Anlagen sind offen, lassen also Licht und Niederschläge durch. Eine genaue Gliederung der verschiedenen PV-Systeme findest Du in der Grafik unten.
Potenzial der Agrophotovoltaik
Dass wir mehr erneuerbare Energien brauchen, wenn wir die Energiewende erfolgreich meistern wollen, ist klar. Die Agrophotovoltaik könnte dabei einen maßgeblichen Unterschied machen. Mit rund 4 Prozent der deutschen Agrarflächen könnte ein Ertrag von 1.700 GWp jährlich eingefahren werden. Das entspricht dem aktuellen deutschen Jahresstrombedarf. Derzeit sind weltweit ca. 14 GWp PV-Leistung auf Agrarflächen installiert.
Die Vor- und Nachteile
- Effizienz: Der größte Vorteil liegt sicherlich in der Effizienz. Ein und dieselbe Fläche kann durch die Agri-PV Technik doppelt genutzt werden.
- Bessere Erträge: Im Idealfall haben Landwirtschaft und Photovoltaik bei der Technik positiven Einfluss aufeinander. Beispielsweise kann die Verschattung die Pflanzen vor dem Austrocknen schützen oder bei starken Niederschlägen vor Beschädigung bewahren. Dadurch kann der Ertrag steigen.
- Schattenspender: Vertikale Agro-PV spendet Schatten, der sehr nützlich sein kann, zum Beispiel für weidende Tiere. Eigene Hütten, in denen diese in den Schatten flüchten können, sind dann nicht mehr nötig.
- Sinkende Kosten: Mit der Agriphotovoltaik können landwirtschaftliche Betriebe einen Teil des eigenen Strombedarfs selbst erzeugen. Dadurch sinken die Stromkosten und der Betrieb ist weniger abhängig von den Preisen des Stromversorgers. Gemüsebetriebe, die ihre Ernte direkt vor Ort säubern und verpacken, können das dann beispielsweise mit dem eigenen Solarstrom tun.
- Einkommensquelle: Der Strom vom Acker kann ebenso gut ein zweites Standbein für landwirtschaftliche Betriebe darstellen, indem der Strom verkauft wird. Dafür kann entweder die Einspeisevergütung in Anspruch genommen werden oder eine Direktvermarktung aufgezogen werden.
- Flächenverlust: Auch wenn die Fläche insgesamt effizienter genutzt werden kann, entsteht durch das PV-Gerüst ein Verlust. Dort kann die Fläche nicht mehr landwirtschaftlich genutzt werden.
- Ertragsverluste: Der Schatten, den die PV Module auf die Ackerfläche werfen, wirkt sich nicht unbedingt positiv auf die Ernte aus. Es kann auch sein, dass dadurch nicht genug Licht oder Wasser an die Pflanzen kommt und der Ertrag geringer ausfällt als gewöhnlich.
- Ästhetik: Die Photovoltaik ist auf jeden Fall ein Eingriff in das Landschaftsbild und kann dadurch die Ästhetik beeinträchtigen. Das könnte vor allem in touristischen Gebieten zum Nachteil werden. Hierbei stellt sich allerdings die Frage, inwiefern der ästhetische Aspekt mehr wiegt oder mehr wiegen sollte, als der Nutzen.
- Akzeptanz: Quasi Hand in Hand mit der Ästhetik geht die gesellschaftliche Akzeptanz. Die Befürchtung besteht, dass das Konzept der Agrophotovoltaik von der Bevölkerung nicht gut aufgenommen und daher verhindert wird.
- Mehraufwand: Nicht von der Hand zu weisen ist außerdem der Mehraufwand in der landwirtschaftlichen Bearbeitung, der durch die PV-Nutzung zustande kommt.
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Kosten für Agrophotovoltaik
Wichtigste Voraussetzung, damit die Agrophotovoltaik ein verfolgenswertes Konzept werden kann, ist die Wirtschaftlichkeit. Die Anlagen müssen sich vor allem finanziell rentieren, um auf dem Markt Einzug zu erhalten.
Grundsätzlich ist die Installation einer Agri-PV-Anlage wesentlich teurer, als die einer konventionellen Freiflächenanlage. Die Mehrkosten entstehen an mehreren Stellen:
Die Modulpreise
Für die Agriphotovoltaikanlagen werden spezielle PV-Module eingesetzt, die an die Lichtbedürfnisse der Pflanzen angepasst sind. Dadurch kommt es im Schnitt zu Mehrkosten von 326 Euro* pro kWp.
Die Konstruktion
Weil Bodenschutzmaßnahmen eingehalten und die Befahrbarkeit der Böden berücksichtigt werden muss, entstehen auch mehr Installationskosten. Bis zu 166 Euro* pro kWp mehr als bei einer normalen Freiflächenanlage können hier anfallen.
Die Wartungskosten
Auch für Wartungs-, Reparatur- und Reinigungsarbeiten fallen bei einer Agri-PV Anlage vermutlich mehr Kosten an, als bei einer üblichen Freiflächenanlage.
Einsparpotential bei Agrophotovoltaik
Dem gegenüber stehen potenzielle Einsparungen durch die Kombi von Landwirtschaft und Photovoltaik im Gegensatz zur Freiflächenanlage. Die kommen zum Beispiel durch die entfallenden Pflegekosten für die Grünfläche und die geringeren Bereitstellungskosten zustande.
Unterm Strich sind für Agrophotovoltaikanlagen Stromgestehungskosten von ca. 8,15 Cent* pro kWh realistisch. Der Strom ist damit zwar deutlich teurer als bei einer Freiflächenanlage, aber auch günstiger als bei einer durchschnittlichen Dachanlage. Auf dieser Basis wäre die Investition in einer Agri-PV-Anlage vor allem bei Eigenverbrauch des Solarstrom rentabel. So können zwischen 7 und 9 Cent* pro kWp gespart werden.
Förderung für Agro-PV-Anlagen
Agrophotovoltaik im EEG 2021
Agri-PV-Anlagen sind auch Teil der Neuerungen durch das Osterpaket 2022. Demnach sollen landwirtschaftliche Flächen für die PV-Nutzung freigegeben werden. Um eine Wettbewerbsfähigkeit leisten zu können, soll für Agri-PV-Anlagen eine zusätzliche Förderung ins Leben gerufen werden.
Das Fraunhofer ISE schlägt im APV-Leitfaden außerdem folgende Förderungsmöglichkeiten vor:
- Einspeisevergütung für Strom aus Agri-Photovoltaik
- Vereinfachung der Genehmigungsverfahren
- Einführung einer Technologieprämie
- 1000-Felder-Programm
Anlagen in Deutschland
In Deutschland werden bereits einige Agrophotovoltaikanlagen betrieben, sowohl aus Forschungs- als auch aus wirtschaftlichen Gründen.
Agri-PV beim Fraunhofer ISE
Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE forscht an mehreren Projekten zur Agrophotovoltaik. Eins davon ist das Projekt APV-RESOLA: In diesem Rahmen wurde eine Forschungsanlage in Heggelbach am Bodensee errichtet und in der Zeit von 2015 bis 2021 erforscht.
Auf insgesamt 3.400 Quadratmetern wurden für das Projekt 15 aufgeständerte PV-Reihen mit einer Gesamtleistung von 1994,4 kWp errichtet. Der Solarstrom soll für den Eigenverbrauch und zur Nutzeinspeisung genutzt werden. Insbesondere die Auswirkungen der PV-Module auf die Ernteerträge und die Landnutzungsrate stand im Fokus.
Getestet wurde die Anlage mit Winterweizen, Kartoffeln, Sellerie und Kleegras. Speziell bei großer Hitze hat die PV-Anlage positive Effekte auf die Ernte und schützt die Pflanzen vor Dürre. Somit kann die Agrophotovoltaik Ertrags-stabilisierend wirken. Im sehr heißen Jahr 2018 konnte der Ertrag von Sellerie durch die PV-Anlage beispielsweise um 12 Prozent gesteigert werden, die Kartoffelernte stieg um 11 Prozent, Winterweizen um 3 Prozent. Nur bei Kleegras sank die Ernte um 8 Prozent.
In den anderen Jahren wurden aber auch viele Ertragsminderungen gemessen, wie zum Beispiel im Jahr 2019: Hier wurde 33 Prozent weniger Knollensellerie geerntet, als auf der Referenzfläche, 19 Prozent weniger Weizengras und 28 Prozent weniger Weizen.
Anbieter für Photovoltaik
Die Nutzung von Photovoltaik in der Landwirtschaft ist auf dem besten Wege zur Normalität zu werden. Das weiß auch der Anbieter Next2Sun: Sie bieten PV-Anlagen explizit für die landwirtschaftliche Nutzung an. Das bedeutet konkret vertikale, bifaziale PV-Technik bzw. Solarzäune.
Ausblick: Hat Agrophotovoltaik eine Zukunft?
Um in Zukunft genügend grüne Energie bereitstellen zu können, braucht es mehr nutzbare Fläche für die Energieproduktion. Die Agrophotovoltaik hat aufgrund ihrer doppelten Nutzungsweise und damit sehr hohen Flächeneffizienz daher sehr großes Potenzial, maßgeblicher Faktor der Energiewende zu werden.
Chancen
Die großen Chancen sind vor allem:
- Die Steigerung der Landnutzungseffizienz
- Ertragsstabilisierung durch Resilienz und Schutz vor Unwettern
- Reduktion des Bewässerungsbedarfs
- Weitere Einkommensquelle für landwirtschaftliche Betriebe
Herausforderungen
Herausforderungen sind folgende:
- Die grundsätzliche Erforschung und Weiterentwicklung, da Agrophotovoltaik eine sehr neue Technologie ist.
- Gesellschaftliche Akzeptanz schaffen
- Hürden abbauen und Agro-PV zu einer attraktiven Investition machen
