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Agri-Photovoltaik: Die Kombination von Sonnenkollektoren und Landwirtschaft ist ein Gewinn für beide Seite

12 Jan, 2023

Solaranlagen sind flächenintensiv und konkurrieren mitunter um Flächen, die sonst für andere Zwecke genutzt würden. In mehreren Ländern wird nun versucht, landwirtschaftliche Nutzung und den Gewinn von Solarenergie zu kombinieren. Statkraft plant solche Projekte sowohl in Italien als auch in den Niederlanden.

Martijn van der Pouw
Martijn van der Pouw
Business Development Manager

Martijn van der Pouw ist Business Development Manager und arbeitet an der Entwicklung von Solarprojekten für Statkraft in den Niederlanden.

Constanza Rizzo
Costanza Rizzo
Agri-PV Senior Developer

Costanza Rizzo ist Spezialistin für Agri-PV und arbeitet an der Entwicklung von Solarprojekten für Statkraft in Italien.

Man könnte meinen, dass Solarparks am besten in trockenen und sonnigen Umgebungen, wie z. B. in einer Wüste, funktionieren, aber das ist nicht der Fall. Die Solarzellen funktionieren besser bei einer gewissen Luftfeuchtigkeit, und Gebiete, die typischerweise landwirtschaftlich genutzt werden, sind am besten geeignet. Die Nutzung dieser Standorte führt zu einem Interessenskonflikt zwischen der Erzeugung von Nahrungsmitteln und der Erzeugung von Energie.

Warum also nicht Landwirtschaft und Solarzellen kombinieren? Das ist keine neue Idee. Agri-Photovoltaik (auch bekannt als Agri-Voltaik, Agri-Solar oder Agri-PV) wird schon seit Jahrzehnten diskutiert, aber erst in den letzten Jahren hat das Konzept an Bedeutung gewonnen, so dass nun Projekte in größerem Maßstab entwickelt werden.

Die Welt braucht mehr erneuerbare Energien, und Solarenergie ist zweifellos einer der größten Teile der Lösung, nicht zuletzt in Ländern, die das ganze Jahr über viel Sonne haben.

solarpaneele und traktor
Viele landwirtschaftliche Maschinen benötigen einen viel Platz. Solarmodule können so konstruiert werden, dass man sie bei Bedarf vertikal neigen kann, um so Platz für einen Traktor zu machen. 

Konkurrenz um Flächen 

"Die Kombination von Solarenergie und Landwirtschaft scheint eine sehr vernünftige Idee zu sein, vor allem in einem Land, in dem ein starker Wettbewerb um Flächen herrscht", sagt Martijn van der Pouw, Business Developer bei Statkraft in den Niederlanden.

Die Niederlande sind ein Beispiel für ein Land, in dem der Bedarf an erneuerbarer Energie groß ist, aber Verfügbarkeit von Flächen für Solarparks aufgrund des Wettbewerbs um Land gering ist.

"Agri-PV kann den Konflikt zwischen Energieerzeugung und Landwirtschaft lösen", sagt van der Pouw. Er betont, dass die primäre Nutzung des Landes in Agri-PV-Anlagen immer die Landwirtschaft sein sollte, und die Energieerzeugung in die landwirtschaftliche Praxis integriert wird.

"Es gibt mehrere Solarparks, in denen Schafe zwischen den Paneelen grasen, aber das ist nicht das, was wir in den Niederlanden normalerweise als Kombinationsnutzung betrachten würden. Es ist ein einfacher Weg zur Grünpflege. Bei einem Agri-PV-Projekt ist das Ziel, hochwertiges Futter, Gemüse, Beeren oder Früchte zu produzieren und gleichzeitig Energie zu erzeugen.

In der Regel werden durch die Doppelnutzung sowohl die landwirtschaftliche Produktion als auch die Energieerzeugung reduziert, verglichen mit der Nutzung desselben Landes für eine der beiden Arten.

"Das Ziel ist, dass der landwirtschaftliche Ertrag mindestens 70 Prozent des Niveaus vor der Installation der Solarpaneele beträgt", sagt Martijn van der Pouw. 
"Wenn nun die Solaranlage im Agri-PV-System ebenfalls 70 Prozent dessen produziert, was sie in einem Standard-Solarkraftwerk ohne landwirtschaftliche Nutzung produziert hätte, wird die Fläche effektiv zu 140 Prozent genutzt, entweder für die Landwirtschaft oder für die Solarenergie."

Für den Landwirt, der sein Land für die Stromerzeugung verpachtet, ist das eine sehr gute Nachricht. Zusätzlich zu den Erträgen aus der Landwirtschaft erhält er auch Einnahmen aus der Stromerzeugung. Dies kann den Einkommensstrom stabilisieren oder sogar erhöhen.

 

Solarpaneele
Ort: Emmen, Niederlande
Bild: Statkraft

Solarenergie spielt eine immer wichtigere Rolle im globalen Energiesystem, und sie ist heute die am schnellsten wachsende Energiequelle der Welt. Statkraft entwickelt und besitzt Solarkraftwerke und ist ständig auf der Suche nach neuen Möglichkeiten zum Ausbau des Geschäfts.

Solarenergie bei Statkraft

Verschiedene Arten von Gewächsen

Es mag sich wie eine einfache Lösung anhören, ein paar Solarpaneele zwischen Salatreihen zu platzieren, aber ein gutes Zusammenspiel zwischen Solarenergie und Landwirtschaft zu erreichen, ist ein bisschen komplizierter. Das Design der Solaranlage, die mikroklimatischen Bedingungen und die Art der Pflanzen sind Faktoren, die darüber entscheiden, ob das Projekt nachhaltig erfolgreich ist oder nicht.

"Solarpaneele auf einem Feld werfen zwangsläufig Schatten. Das kann für manche Kulturen von Vorteil sein, für andere nicht. In Nordeuropa scheint die agrivoltaische Produktion für Kulturen wie Zwiebeln, Getreide, Kartoffeln und Wurzelgemüse, vielleicht auch für Erdbeeren oder Himbeeren geeignet zu sein. In Gebieten mit intensiverer Sonneneinstrahlung können Sonnenkollektoren die Verdunstung verringern und die Grundlage für eine höhere Produktion als sonst legen. In Südeuropa können Sonnenkollektoren wahrscheinlich mit Weinreben oder Olivenbäumen kombiniert werden", sagt van der Pouw.

"Derzeit finden viele Versuche statt, um herauszufinden, welche Kulturen und Standorte sich am besten für diese Art von Kombinationsbetrieb eignen."

Solarpaneele und Treibhaus
Foto: Shutterstock

Fest installiert oder beweglich 

Wenn eine kombinierte Nutzung möglich sein soll, müssen die Solarmodule so angebracht werden, dass sich Menschen und Maschinen zwischen oder unter ihnen bewegen können, um die Pflanzen zu pflegen oder zu ernten. Außerdem müssen die Solarmodule von Zeit zu Zeit gereinigt werden, damit sie gut funktionieren.

Die Solarmodule können fest installiert oder flexibel und drehbar sein. Wenn sie drehbar sind, wandert der Schatten im Laufe des Tages mit dem Sonnenstand. Wenn sie fest angebracht sind, wird der Boden unter ihnen zu bestimmten Tageszeiten der Sonne ausgesetzt sein oder im Schatten liegen. Pflanzen reagieren unterschiedlich auf Licht- und Schattenveränderungen, für einige kann es vorteilhaft sein, während andere ein geringeres Wachstum aufweisen.

"Auch das müssen wir in Versuchen herausfinden", sagt van der Pouw. 
"Es gibt verschiedene Parameter, die sowohl die Produktion der Solarzellen als auch die landwirtschaftliche Produktion beeinflussen können. Das Ziel ist es natürlich, die Synergie zwischen optimalen Wachstumsbedingungen für die Pflanzen und der ertragreichsten PV-Lösung zu finden." 

Solarfarm und Sonne
Wenn sich die Solarmodule drehen und der Sonne den ganzen Tag über folgen, wird eine effizientere Energieerzeugung und eine gleichmäßigere Verteilung des Schattens über den Tag gewährleistet. 

Eigenes Design 

Die Solarmodule, die auf dem Acker aufgestellt werden, sind nicht dieselben, die man auf dem Dach eines Gebäudes oder in einem normalen Solarpark aufstellen würde.

"Auf dem Feld gibt es einen Wettbewerb um jedes einzelne Photon", sagt Martijn van der Pouw.

"Soll das Licht in Elektrizität oder in Photosynthese umgewandelt werden? Bei der Kombination von Solarenergie und Landwirtschaft kann es notwendig sein, Solarmodule zu verwenden, die mehr Licht durchlassen oder in einem größeren Abstand angebracht sind, damit das Licht besser zu den Pflanzen gelangt. Die Wahl des Designs hängt davon ab, welche Art von Pflanzen angebaut werden soll", sagt er.

"Um die bestmöglichen Wachstumsbedingungen zu schaffen, könnten wir Sensoren auf dem Feld einsetzen, die mit Computern kommunizieren, die wiederum die Paneele steuern und sicherstellen, dass der Lichtbedarf der Pflanzen in den verschiedenen Wachstumsphasen gedeckt wird.“ 

Herausforderungen für Maschinen 

Die moderne Landwirtschaft ist in hohem Maße maschinenabhängig. Damit die agrarindustrielle Produktion funktioniert, müssen die Solarparks so konzipiert sein, dass Maschinen eingesetzt werden können. Dies erfordert einen bestimmten Abstand zwischen den Solarmodulen oder sie müssen so hoch über dem Boden angebracht werden, dass die Maschinen darunter fahren können.

"In einigen Projekten wurden die Solarmodule fünf Meter über dem Boden angebracht. Dann ist der Maschineneinsatz kein Problem", sagt Costanza Rizzo, Agri-PV Senior Developer bei Statkraft Italien. Sie ist Teil des Entwicklungsteams, das in ihrem Heimatland an der Entwicklung von Agri-PV-Projekten arbeitet.

"Der Nachteil dieser Lösung ist, dass sie sehr teuer ist und ohne Subventionen derzeit nicht rentabel ist. Deshalb wollen wir in unseren Projekten Paneele verwenden, die in einer Höhe von etwas mehr als zwei Metern auf dem Boden montiert werden", sagt sie.

Um die Herausforderung der landwirtschaftlichen Maschinen zu lösen, sind die Paneele drehbar. Dadurch können sie den ganzen Tag über der Sonne folgen, aber auch vertikal gekippt werden, so dass ein Traktor zwischen den Reihen der Solarzellen hindurchfahren kann. 

Traktor fährt zwischen Sonnenkollektoren
Foto: Shutterstock

Forschung 

Um mehr Erkenntnisse über die Auswirkungen der Agrophotovoltaik auf die Pflanzen zu gewinnen, ist Statkraft eine Forschungskooperation mit der Universität Bari Aldo Moro in Süditalien eingegangen. Das Projekt "Agrophotovoltaik für eine nachhaltige Zukunft" soll dazu beitragen, Methoden und Technologien zu entwickeln, um die besten Lösungen für die Kombination von Landwirtschaft und Energieerzeugung zu finden.

Im Rahmen des Projekts wird auch untersucht, welche Kulturen sich am besten für diese Art der kombinierten Nutzung eignen, wie die Solarpaneele beschaffen sein müssen und welche Herausforderungen in Bezug auf den Einsatz von Maschinen, die Ernte und Umweltaspekte gelöst werden müssen. 

Skepsis 

Neben den rein technischen Herausforderungen ist es auch wichtig, Landwirte und Behörden mit ins Boot zu holen. Costanza Rizzo räumt ein, dass sie bei den Landwirten und ihren Organisationen auf viel Skepsis gestoßen sind, aber das ändert sich gerade.

"Die Skepsis, auf die wir gestoßen sind, ist zum Teil darauf zurückzuführen, dass viele Menschen das Konzept nicht ganz verstehen, und zum Teil darauf, dass sie nicht glauben, dass es funktionieren wird. Deshalb arbeiten wir ständig daran, verschiedene Interessengruppen vor Ort einzubeziehen, um das Wissen zu verbreiten und über die Vorteile einer solchen Kombination zu sprechen", sagt sie.

"In Süditalien gab es in den letzten Jahren viele Dürreperioden, was die Landwirtschaft weniger attraktiv gemacht hat. Wenn wir zeigen können, dass Sonnenkollektoren dazu beitragen können, ein günstigeres Mikroklima und bessere Anbaubedingungen in einem trockenen Klima zu schaffen, wird das hoffentlich mehr Menschen überzeugen", sagt sie.

Statkraft untersucht unter anderem die Möglichkeit, Sonnenkollektoren mit der superintensiven Olivenproduktion zu kombinieren, einer Produktionsmethode, bei der die Dichte der Bäume höher als normal ist, um eine maschinelle Ernte zu ermöglichen. Auch die Tomatenproduktion könnte für eine Kombination mit Solarpanels in Frage kommen. Tomaten sollten möglichst viel Sonne und Wärme abbekommen, aber in einem immer trockeneren und wärmeren Klima können sich Maßnahmen, die Schatten schaffen und Verdunstung reduzieren, als vorteilhaft erweisen.

Alle agrivoltaischen Projekte von Statkraft Italien befinden sich derzeit in der Entwicklungsphase, aber Rizzo hofft, die ersten bereits in der ersten Jahreshälfte 2023 realisieren zu können.

Statkraft betreibt auch Solarparks in Spanien, in denen Schafe zwischen den Paneelen grasen. Das Video stammt aus einem der größten Solarparks in Europa, Talayuela in Cáceres in der Region Extremadura. 

Soziale Nachhaltigkeit 

Wenn wir Unterstützung für Projekte wie dieses gewinnen wollen, ist es wichtig, dass wir den lokalen Mehrwert aufzeigen können, sowohl in wirtschaftlicher als auch in sozialer Hinsicht.  Niemand will Sonnenkollektoren auf dem Feld, wenn sie keinen Nutzen bringen. Ein Vorteil ist zum Beispiel die erhöhte lokale Energieproduktion, die den Landwirten ein höheres und stabileres Einkommen verschaffen kann. Außerdem kann die Elektrifizierung die landwirtschaftliche Produktion nachhaltiger machen.

"Gleichzeitig müssen die Projekte nicht nur für die Landwirte, sondern für die gesamte lokale Gemeinschaft von Nutzen sein", sagt Costanza Rizzo. Entwicklung und Betrieb können Arbeitsplätze vor Ort schaffen und so zur sozialen Nachhaltigkeit der Projekte beitragen.

"Wir könnten innerhalb der PV-Parks Räume schaffen, die für die lokale Bevölkerung zugänglich sind, wie z. B. Fahrradwege, Wanderwege oder Räume für pädagogische Aktivitäten für Kinder. So machen wir die lokale Bevölkerung zum wahren Eigentümer unserer Projekte", sagt Rizzo.

"In Süditalien fehlt es an vielen Stellen an Ressourcen und Investitionen mit einem sozialen Impact. Es ist wichtig, dass wir zeigen, dass wir nicht nur auf einen schnellen Gewinn aus sind. Wir sind ein verantwortungsvoller Akteur mit einer langfristigen Perspektive, der dazu beitragen kann, eine nachhaltige Zukunft für die lokale Gemeinschaft zu schaffen.“ 

Solarpaneele und Kartoffelanbau
Der Kartoffelanbau in den Reihen zwischen den Solarpaneelen ist ein Beispiel dafür, wie wertvolle Flächen sowohl für die Stromerzeugung als auch für die Produktion von landwirtschaftlichen Erzeugnissen genutzt werden können. (Foto: Statkraft)