Agri-PV – Flächen doppelt nutzen
Mit dem Bau einer Photovoltaikanlage können sich Landwirte eine zweite Einkommensquelle schaffen und den Nutzungsgrad der Flächen fast verdoppeln. Die Planung sollte auf die Landwirtschaft abgestimmt werden.
Es ist eine holprige Fahrt vorbei an riesigen Baggern, die den Boden Stück für Stück abtragen. Sie schürfen im Tagebau Garzweiler bei Bedburg immer noch die Braunkohle aus der rheinländischen Erde, die in den nahegelegenen Kraftwerken verbrannt wird, um Strom zu erzeugen. Doch am Rande der Grube taucht die Zukunft der Energieversorgung auf, die selbst für Energieriesen wie RWE längst begonnen hat.
Denn auf der Fläche zwischen Braunkohletagebau und der A44 hat RWE eine üppige Photovoltaikanlage aufgebaut. Es sind aber nicht beliebige Anlagen. Hier wird die Landwirtschaft mit der Stromerzeugung kombiniert. Drei verschiedene Systeme zeigen die derzeit gängigen Technologien, die für solche Anwendungen genutzt werden: ein Trackersystem, das die Module dem Lauf der Sonne nachführt, eine Anlage mit vertikal aufgeständerten Modulen und eine solare Überdachung einer Beerenpflanzung.
Landwirtschaft steht im Vordergrund
Solche sogenannten Agri-PV-Anlagen haben Vorteile. Das Umweltbundesamt sieht diese Kombination aus Photovoltaik und Landwirtschaft als den geeigneten Ansatz, den Freiflächenanteil des geplanten Solarausbaus zu realisieren. Schließlich ist er in der Lage, die Konflikte um Flächen zu entschärfen und die Akzeptanz zu steigern.
Inzwischen erkennen immer mehr Landwirte, dass sie sich mit der Agri-PV eine zweite Einnahmequelle schaffen können. Sie produzieren auf der gleichen Fläche Lebensmittel und Strom – fast ohne Einschränkungen. Voraussetzung ist, dass die Solaranlage zur landwirtschaftlichen Nutzung passt. Schließlich soll diese weiter im Vordergrund stehen. Die Stromernte ist nur der Zusatz, der die Flächeneffizienz erhöht.
Ausreichend Abstände einhalten
Deshalb gilt es, einige Dinge bei der Planung einer Agri-PV-Anlage zu beachten. So sind eine Trackeranlage und auch die vertikale Aufständerung der Module geeignet, wenn die Fläche weiter als Acker- oder Grünlandfläche genutzt wird. Hier muss der Abstand der Modulreihen mindestens so groß sein wie die breiteste Maschine, mit der der Landwirt die Fläche bearbeitet. Dies ist bei den vertikal aufgeständerten Modulen ohnehin einzuhalten, damit die Paneele sich nicht gegenseitig verschatten. Bei den Trackerreihen haben die Solarplaner grundsätzlich mehr Freiheit, müssen die Anlage aber an die Bedürfnisse der landwirtschaftlichen Nutzung anpassen. Dies muss frühzeitig bei der Planung berücksichtigt werden.
Soll die Fläche als Weide genutzt werden, hat die Agri-PV sogar einen doppelten Nutzen. Denn in diesem Fall liefern die Solarmodule nicht nur Strom, sondern bieten auch Schutz für die Tiere. Unter den Trackerreihen finden Rinder ein schattiges Plätzchen und selbst vertikal aufgeständerte Systeme spenden Schatten. Geflügel fühlt sich unter einem Dach aus Solarmodulen sicherer vor Prädatoren. Die vertikal aufgeständerten Systeme können auch als Weidezaun eingesetzt werden.
Für die Tierhaltung geeignet
Wichtig ist bei solchen Anwendungen der Schutz. Denn einerseits dürfen sich die Tiere nicht an scharfen Kanten der Unterkonstruktion oder an den Rahmen der Module verletzen. Auch die Kabel müssen gut geschützt verlegt werden, um Bissschäden durch die Tiere zu verhindern. Hier geht es nicht nur um die Erträge der Solaranlage, die bei defekten Kabeln nicht fließen. Es geht auch um die Absicherung, dass die Tiere durch elektrischen Schlag keinen Schaden nehmen.
Auch wenn auf der Fläche Pflanzen angebaut werden, muss die Technologie zur jeweiligen Nutzung passen. Denn die Solarmodule werfen Schatten auf die Flächen. Die Pflanzen bekommen weniger Licht. Entsprechend muss auch die geplant werden, welche Pflanzen auf den Flächen wachsen. Dazu gibt es inzwischen einige Untersuchungen, die zeigen, dass es offensichtlich besser ist, die Photovoltaik mit dem Anbau von C3-Pflanzen zu kombinieren. Denn C4-Pflanzen reagieren stärker auf Verschattungen, während C3-Pflanzen nicht nur toleranter sind, sondern sogar mit einer Teilverschattung besser zu gedeihen scheinen als in der prallen Sonne.
Schattentolerante Pflanzen anbauen
Dies liegt sogar pflanzenphysiologisch auf der Hand. Denn bei den C3-Pflanzen sinkt die Photosyntheseleistung bei heißem und trockenem Wetter, während C4-Pflanzen mit solchen ariden Bedingungen besser zurechtkommen. Dies zeigen etwa die Ergebnisse einer Untersuchung in Österreich. Dort wurden zwischen Solarmodulreihen auf Trackern mit unterschiedlichen Abständen Winterweizen und Hirse angepflanzt. Die Morphologie und die Bestandshöhe wurden mit der Pflanzenentwicklung auf einer Referenzfläche ohne Solarmodule verglichen.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Hirse als C4-Pflanze stärker auf die Verschattung durch die Module reagiert als der Winterweizen. Der Winterweizen als C3-Pflanze entwickelte sich sogar besser, je enger die Modulreihen standen. Bei der Hirse als C4-Pflanze hingegen war die Entwicklung ohne Solarmodule am besten. Je üppiger die Verschattung war, desto langsamer und niedriger wuchsen die Pflanzen – wobei sich die Unterschiede bei der morphologischen Entwicklung am Ende auf der gesamten Fläche ausgeglichen haben.
Getreide gedeiht gut
Ein ähnliches Ergebnis hat RWE in Bedburg festgestellt. Dort wurde im ersten Betriebsjahr Winterweizen zwischen den Reihen der Solarmodule angepflanzt. Auch hier war der Ertrag unter und zwischen den Modulen vergleichbar mit dem auf der Referenzfläche ohne Solaranlage. Die Ernte unter und zwischen den Modulen weist sogar eine etwas bessere Qualität auf – primär in Bezug auf den Proteingehalt. Die Qualität war so gut, dass das Getreide zu Mehl für Backwaren oder für den Einsatz in Brauereien weiterverarbeitet werden konnte und nicht als Tierfutter endete.
Zu den guten Ernteergebnissen hat auch die bessere Temperatur- und Wasserverteilung beigetragen. Gerade in Zeiten des Klimawandels ist es für Pflanzen wie Weizen positiv, wenn die Temperaturen nicht zu sehr steigen. Tatsächlich liegt die Temperatur im Modulfeld unter den Trackern um etwa ein Grad niedriger als auf der Referenzfläche. An ganz heißen Tagen beträgt der Temperaturunterschied sogar bis zu drei Grad Celsius.
Wasserhaushalt besser reguliert
Auch der Wasserhaushalt gewinnt durch die Photovoltaik. Hier sind es vorrangig die Tracker, die einen Vorteil bieten. In Bedburg wurden dazu die Niederschläge unter den Trackern und an Referenzpunkten gemessen. Dabei ist herausgekommen, dass zeitweise mehr Wasser in den Sicherheitsstreifen als in der Referenzzone vorhanden war. Denn das Regenwasser läuft über die Module ab und sammelt sich unter der Unterkante der Paneele auf dem Boden. Dies lässt erwarten, dass das Wasser auf der Referenzfläche besser verteilt ist. Doch das Gegenteil war der Fall. Teilweise war unter den Trackern sogar mehr Wasser vorhanden als auf der Referenzfläche.
Der große Vorteil ist, dass unter den Modulen eine deutlich geringere Verdunstung stattfindet. So bleibt der Boden innerhalb der Solaranlage auch nach längeren Trockenperioden noch feucht, während der Boden auf der Referenzfläche nach sechs Wochen ohne Regen deutlich ausgetrocknet ist.
Module ersetzen Folien
Noch mehr Vorteile hat die direkte Überdachung der Fläche mit Solarmodulen. Dies ist für die Ackerbauflächen zu aufwendig und damit nur in Ausnahmefällen wirtschaftlich. Denn die Anlagen müssen sehr hoch aufgeständert werden, sodass der Landwirt mit seinen hohen Maschinen auf der Fläche wirtschaften kann. Im Obst- und Beerenanbau sowie im Weinbau ist das anders. Hier sind die Maschinen kleiner. Die Anlage muss nicht so hoch aufgeständert werden. Der Vorteil ist: Die solare Überdachung bietet Schutz der empfindlichen Früchte vor Starkwetterereignissen wie Hagel oder heftigen Regenfällen.
Diesen Schutz bieten in der Regel bisher Folienüberdachungen. Diese Folien werden einfach durch die Solarmodule ersetzt. Damit können die ohnehin schon vorhandenen Strukturen genutzt werden. Der Vorteil gegenüber den Folien ist nicht nur die zusätzliche Stromproduktion, sondern auch die Haltbarkeit. Während die Folien nach jedem Sturm kontrolliert und oft auch getauscht werden müssen, fällt dieser Aufwand bei der Überdachung mit Modulen weg.
Schutz vor Spätfrost
Auch hier muss die Anlage zu den Früchten passen, die darunter wachsen. Wenn die Anlagen mit semitransparenten Modulen gebaut werden, die einen Teil des Sonnenlichts zu den Pflanzen durchlassen, bleibt ein gewisser Grad an Verschattung. Bei einigen Obst- und Beerenpflanzen wirkt sich dies positiv aus. Andere reagieren empfindlicher darauf.
Die Solarmodule bieten auch mehr Schutz vor Spätfrost im Frühjahr und normalisieren die Vegetationsperioden, die im Zuge des Klimawandels länger werden. Dies wird im Weinbau immer relevanter. Denn durch den zeitiger einsetzenden Frühling steigt das Mostgewicht beziehungsweise der Zuckergehalt im Wein schneller an. Dadurch bleibt weniger Restsäure, die für die Produktion von Weinen, die für Deutschland typisch sind, relevant ist. Die Solarmodule verhindern dies, da sie die Reifung des Weins um einige Tage verzögern.
Dies zeigt, dass die Agri-PV gut geplant werden und zur jeweiligen Nutzung der Flächen passen muss. Wichtig ist dabei, dass die Landwirtschaft die primäre Nutzungsart der Fläche bleibt. Bei guter Planung können Landwirte mit der zusätzlichen Photovoltaik die Flächen perfekt doppelt nutzen und sich so eine zweite Einkommensquelle erschließen.
Mehr Details zur Doppelnutzung von Flächen mit der Agri-PV finden Sie im gemeinsamen Spezial von DLG und photovoltaik „Solartechnik für Landwirte – Wege zur doppelten Ernte“, das sie kostenlos herunterladen können.
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