Einer der Nachteile der Installation von Solarparks ist, dass sie Nutzflächen beanspruchen. Angesichts des stetigen Wachstums der Weltbevölkerung werden wir mehr Nahrungsmittel und mehr (nachhaltige) Energie benötigen. Wie wäre es, die Sonnenenergie zu nutzen und gleichzeitig Obst und Gemüse anzubauen? Das ist, kurz gesagt, das Thema der Agrivoltaik (AV). Sie scheint die perfekte Lösung zu sein, um Lebensmittel und grüne Energieerzeugung zu kombinieren. Nun, nur in einigen Fällen.
Unter Agrivoltaik versteht man den Anbau von Nutzpflanzen unter Sonnenkollektoren. Wissenschaftliche Studien zeigen, dass einige Pflanzen auf diese Weise gut gedeihen. Die doppelte Nutzung von Land auf diese Weise könnte dazu beitragen, die wachsende Weltbevölkerung zu ernähren und gleichzeitig nachhaltige Energie zu liefern. Diese Methode wird auch als Agrisolar, Dual-Use-Solar oder Low-Impact-Solar bezeichnet.
Studien haben ergeben, dass dieser Ansatz zusätzliche Vorteile bietet, wie z. B. die Abschirmung von Pflanzen vor übermäßiger Hitze, Kälte und ultravioletter Strahlung (UV), wodurch sich der Ertrag bestimmter Pflanzen erhöht. Sonnenkollektoren können auch dazu beitragen, die Süßwasservorräte zu schonen, indem sie die Verdunstung von Pflanzen und Boden verringern. Die Verdunstung, die dennoch unter den Modulen auftritt, hat den zusätzlichen Vorteil, dass sie die PV-Anlagen kühlt und so ihre Stromproduktion steigert, da ihre optimale Betriebstemperatur zwischen 20°C und 25°C liegt.
Nicht alle Pflanzen gedeihen gut unter Sonnenkollektoren. Außerdem ist die Gesamtleistung geringer, da im Vergleich zu herkömmlichen Solarparks weniger Paneele auf einen Hektar Land passen. Der größte Nachteil der Agrar-Photovoltaik sind die hohen Vorlaufkosten. Im Vergleich zu herkömmlichen PV-Anlagen auf Dächern erfordern Solarsysteme mit doppeltem Verwendungszweck ein umfangreicheres und größeres, komplexeres Montagesystem, das bis zum Dreifachen der Kosten für die Installation von PV-Anlagen auf Flachdächern betragen kann.
Wie funktioniert ein agrivoltaisches System?
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, AV-Systeme zu implementieren. Die gebräuchlichste ist die Anbringung der Module über den Pflanzen. Die Solarmodule werden in der Regel zwei bis drei Meter über dem Boden angebracht, mit einem Abstand, der es ermöglicht, dass etwas Licht die Pflanzen erreicht. Die Installationen unterscheiden sich durch die Art der installierten PV-Module – bifazial oder lichtdurchlässig – und ihre Positionierung. In einigen Fällen sind die Module fest installiert, in anderen können sie dem Sonnenlicht nachgeführt werden.
Es geht aber nicht nur um den Ackerbau. AV-Anlagen können auf Wiesen installiert werden, auf denen Rinder – in der Regel Schafe – grasen, wobei die Paneele etwa einen Meter über dem Boden angebracht sind, so dass sich die Tiere hinter ihnen bewegen können. Ein weiteres gängiges Beispiel ist der Einsatz von automatischen Anhängern, die sich über die Felder bewegen.
Was sind die Vorteile der Agro-Photovoltaik?
- Es wird weniger Wasser verbraucht. Die Paneele begrenzen die Verdunstung des Wassers von der Erdoberfläche in die Atmosphäre – ein Prozess, der als Evapotranspiration bekannt ist. Daher können Landwirte weniger Wasser verbrauchen, und die Pflanzen können Dürreperioden besser überstehen.
- Die Paneele bleiben kühler. Die Verdunstung findet zwar immer noch statt, aber das Wasser erreicht die Paneele, wodurch sie frischer bleiben und eine bessere Leistung erbringen können. Übermäßige Hitze kann die Energieausbeute von Solarmodulen drastisch verringern, und die meisten haben ein Temperaturfenster von 15°C bis 35°C. Im Sommer können die Module bis zu 65 °C heiß werden.
- Paneele schützen die Pflanzen. Robuste Module schützen die Pflanzen vor starken Regenschauern, Hagel und übermäßiger Sonneneinstrahlung. Zu viel Sonnenlicht kann einigen Kulturen – wie etwa Beeren – schaden und letztlich die Qualität und Quantität der Produktion beeinträchtigen.
- Vermeidet Plastikfolien. Um Obstplantagen vor widrigen Witterungsverhältnissen zu schützen, verwenden Landwirte oft Plastikfolien. Diese können aus zwei Gründen unpraktisch sein. Erstens ist das Anbringen und Entfernen der Folien sehr zeit- und arbeitsaufwendig. Zweitens schützen die Folien die Pflanzen möglicherweise nicht, wenn der Wind oder der Hagelsturm zu stark ist.
- Eine zusätzliche Einnahmequelle. Die Energieerzeugung bietet den Landwirten eine weitere Einkommensquelle, da sie Energie an das Stromnetz verkaufen können.
Was sind die Nachteile der Agro-Photovoltaik?
- Nicht alle Feldfrüchte gedeihen gut unter den Paneelen. Untersuchungen der Universität von Massachusetts ergaben, dass Paprika und Brokkoli, die unter Paneelen angebaut wurden, vierzig Prozent weniger Ertrag brachten als in der vollen Sonne. Eine Studie des Fraunhofer-Instituts zeigte, dass die Erträge von Winterweizen, Kartoffeln und Kleegras unter AV sinken können.
- Der Gesamtenergieertrag ist geringer. Im Vergleich zu einem normalen Solarpark passen weniger Module auf dieselbe Fläche. Da die Module Platz lassen müssen, um einen Teil des Lichts durchzulassen, wird nicht die gesamte Fläche abgedeckt.
- AV schränkt den Betrieb von Maschinen ein. Ein Bauwerk über dem Feld kann den Spielraum für das Manövrieren von Maschinen und Geräten darunter einschränken.
- Der größte Nachteil sind jedoch die Kosten.
Wie viel kostet eine landwirtschaftliche Photovoltaikanlage?
Eine vom deutschen Technologie- und Förderzentrum durchgeführte Analyse verglich die Anschaffungskosten verschiedener Arten von Agri-Photovoltaik-Anlagen mit denen herkömmlicher Freiflächen-Solarparks. Während die Preise für elektronische Komponenten wie Kabel und Wechselrichter gleich bleiben, steigen die Kosten für die AV-Anlage aufgrund der Nachführsysteme (Tracker), also der Strukturen, die die Module halten, erheblich. Diese können während des Genehmigungsverfahrens höhere Kosten verursachen – umfangreichere Analysen und Berichte. Ein weiterer Faktor, der die Kosten für die Installation von Photovoltaikanlagen in der Landwirtschaft in die Höhe treibt, sind bifaciale oder transparente Solarmodule mit höheren Preisen.
Allerdings können die Kosten je nach Anlage, Struktur und verwendeten Platten variieren. In demselben Papier wurden verschiedene Optionen miteinander verglichen. Die Forscher verwiesen auf eine 850-kW-Freiflächenanlage, die durchschnittlich 572 €/kW kostete, was eine Investition von 486.200 € pro Hektar erforderte. Ein vertikales Photovoltaikprojekt mit einer Kapazität von 345,8 kW kostete dagegen 688 €/Kw und erforderte eine Investition von 237.760 €/pro Hektar. Für eine Photovoltaikanlage mit aufgeständerten Modulen und einer Leistung von 650 kW wurden die Gesamtkosten auf 1234 €/KW geschätzt, was 802.100 € pro Hektar entspricht.
Was können wir von der Agro-Photovoltaik-Technologie erwarten?
AV kann in manchen Fällen eine gute Lösung sein, die es ermöglicht, effiziente Pflanzen- und Energieproduktion nebeneinander zu betreiben. Sie eignet sich jedoch nicht für alle Anbauformen. Aufgrund der hohen Vorlaufkosten ist die AV kaum in großem Maßstab einsetzbar. Wie bei vielen anderen Technologien könnten die Preise in den kommenden Jahren sinken, was zu weiteren Investitionen in diese Technologie führen könnte.
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