Doppelt ernten: Strom und Gemüse auf derselben Fläche

15. November 2016 | Kira Crome

Agrophotovoltaik-Pilotanlage auf dem Gelände der Demeter-Hofgemeinschaft in Heggelbach. © Faunhofer ISE

Agrophotovoltaik-Pilotanlage auf dem Gelände der Demeter-Hofgemeinschaft in Heggelbach. © Faunhofer ISE

Erneuerbare Energie-Anlagen brauchen Platz, der der Landwirtschaft verloren geht. Lässt sich die Fläche sowohl für die Energieproduktion als auch für den Ackerbau zugleich nutzen? Diese Frage soll eine Pilot-Agrophotovoltaikanlage beantworten. Sie steht auf Stelzen. Agrarforscher der Universität Hohenheim untersuchen jetzt, welche Pflanzen unter den Solarpanelen am besten gedeihen.

Photovoltaikanlagen brauchen Sonne, um Strom zu erzeugen; Pflanzen brauchen das Sonnenlicht, um zu gedeihen. Wollen Landwirte auf Erneuerbare Energien setzen, geht ihnen die Fläche für den Ackerbau verloren. Doch wenn sich beides – Solarstromerzeugung und der Anbau von Getreide und Gemüse – auf einer Fläche kombinieren ließe, würde die Konkurrenz um die Fläche entschärft. Die Idee ist nicht neu: Bereits in den 1980er Jahren hat der Gründer des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) Vorschläge für die gleichzeitige energie- und landwirtschaftliche Nutzung einer Fläche ersonnen. 2011 haben Fraunhofer ISE-Wissenschaftler diese Idee wieder aufgegriffen. Jetzt haben sie in einem vom Bund finanzierten Verbundprojekt zum ersten Mal einen Prototyp einer sogenannten Agrophotovoltaikanlage in Betrieb genommen. Die Pilot-Hybridanlage am Bodensee soll im Praxisversuch zeigen, ob eine doppelte Nutzung der Fläche möglich ist.

194 Kilowatt auf Stelzen
Das Konzept: Die Photovoltaikanlage mit einer Leistung von 194 Kilowatt wurde in die Luft gehoben, um Platz für den Anbau von Nutzpflanzen darunter zu schaffen. Die Solarpanele stehen auf Stelzen in sieben Metern Höhe. Das ist so hoch, dass darunter Nutzpflanzen gedeihen und gängige Landmaschinen durch fahren könnten. Die Anordnung der bifazialen Module, die das Sonnenlicht auch noch auf der Unterseite einfangen können und laut Hersteller bis zu 25 Prozent mehr Ertrag generieren, ist so ausgelegt, dass sich die Sonneneinstrahlung optimal auf der landwirtschaftlichen Fläche verteilt und der Landwirt 95 Prozent des Testfeldes unbeeinträchtigt nutzen kann. Nachdem die technischen Anforderungen an ein solches Konzept gelöst worden sind, stellt sich nun die Frage, was unter den Sonnenpanelen am besten wächst. Agrarforscherinnen der Universität Hohenheim gehen jetzt dieser Frage nach.

Kartoffeln unter dem Solardach
„In den nächsten zwei Jahren werden wir Kleegras, Winterweizen, Kartoffeln und Sellerie in einer Fruchtfolge testen, die an den Betrieb angepasst ist“, sagt Professorin Petra Högy vom Fachgebiet Pflanzenökologie und Ökotoxikologie an der Universität Hohenheim. Praxispartner ist die Demeter-Hofgemeinschaft Heggelbach am Bodensee. Unter dem Solardach wächst das Kleegras bereits, Winterweizen wurde zum Herbst ausgesät, Kartoffeln und Sellerie werden im nächsten Frühjahr folgen. Ziel der Forschung ist es, herauszufinden, wie sich verschiedene Feldfrüchte und Gemüsearten unter den Panelen entwickeln und welche Sorten sich am besten für die spezielle Doppelnutzung der Anbaufläche eignen. „Dazu bestimmen wir etwa die Pflanzenhöhe, die Blattfläche, die Gesundheit der Pflanzen, die Erträge und die Ertragsqualität“, erklärt Högy. Als Vergleich dient eine nicht überbaute Referenzfläche neben der Agrophotovoltaikanlage.
Außerdem wollen die Agrarforscher die Auswirkungen auf Umwelt und Biodiversität untersuchen. „32 Mikroklima-Stationen sind auf der Versuchsfläche verteilt, die Strahlung, Niederschläge, Beschattung, aber auch Temperatur und Feuchte in Luft und Boden bestimmen“, berichtet die Expertin. Die Entwicklung der Artenvielfalt wird exemplarisch an Beikrautflora und Laufkäfern beobachtet.

Landverknappung stoppen
Agrophotovoltaikanlagen sind bislang wissenschaftliches Neuland. Sie könnten dazu beitragen, die Landverknappung zu stoppen. „Der Landwirtschaftssektor steht unter anderem vor der Herausforderung, den starken Ausbau der Erneuerbaren Energien und damit verbunden den Wandel von Kulturlandschaften hin zu Energielandschaften zu bewerkstelligen“, sagt Stephan Schindele, Projektleiter am Fraunhofer ISE. Der Praxistest der Anlage, die den Jahresverbrauch von 62 Haushalten decken kann, soll eine Reihe von Fragen beantworten. Denn das Mikroklima unter dem Solardach verändert sich – es ist wärmer, dunkler und trockener. „Für uns ist entscheidend, dass die Anlage einfach zu handhaben ist und ein Ernteertrag von mindestens 80 Prozent im Vergleich zum Referenzfeld ohne PV-Module erzielt werden kann“, sagt Thomas Schmid von der Demeter-Hofgemeinschaft Heggelbach. Dafür kommt es auf ein ausgefeiltes Lichtmanagement an: Damit die Pflanzen unter dem Solardach gleichmäßig von der Sonne beschienen werden, darf die Pilotanlage nicht komplett nach Süden ausgerichtet werden, wie viele Anlagen andernorts, haben Fraunhofer ISE-Modellrechnungen ergeben. Um zugleich die energetischen Kapazitäten der bifazialen Module optimal zu nutzen, haben die Anlagenplaner die Panele nach Südwesten ausgerichtet und die Reihen in einem mehr als doppelt so großen Abstand angeordnet als bei herkömmlichen PV-Freiflächenanlagen. So soll die Anlage den größtmöglichen Gesamtertrag aus Ernte und Energiegewinnung liefern.

70 Prozent Flächeneinsparung bei gleichem Ertrag
Erforscht werden soll auch, wie hoch die Flächeneinsparung durch die kombinierte Strom- und Ackerbau-Ernte auf ein und demselben Feld gegenüber der getrennten Nutzung ausfällt. Die Wissenschaftler vom Fraunhofer ISE rechnen damit, dass in die Kombinierung in einer Hybrid-Anlage 70 Prozent weniger Fläche benötigt, um den gleichen Ertrag zu erzielen. Vergleichbare Anlagen in Frankreich, Italien und Japan erreichen bislang eine Flächeneinsparung von nur 50 bis 60 Prozent. Ferner soll der Praxistest zeigen, wie aus dem Forschungsversuch ein späteres Geschäftsmodell werden kann. Neben der Netzeinspeisung, die in Heggelbach vom Ökostromanbieter Elektrizitätswerke Schönau (EWS) übernommen wird, wird ein hoher Stromeigenverbrauch durch den Landwirt angestrebt: Möglichst viele der bisher mit Diesel betriebenen Landmaschinen sollen künftig elektrisch betrieben werden. Sie könnten gerade in den Sommermonaten während der Erntezeit eine gute Eigenverbrauchsquote bewirken. Nicht zuletzt ist auch die Akzeptanz in der lokalen Bevölkerung ein forschungsbegleitendes Thema.

Empfehlungen für die Praxis in drei Jahren
Bis 2019 werden die Projektpartner die Pilotanlage gemeinsam betreiben. Im Sommer 2017 und 2018 ist jeweils Erntezeit unter der Agrophotovoltaikanlage in Heggelbach. Danach werden die Ergebnisse in den einzelnen Arbeitsgebieten von den technischen Aspekten über die gesellschaftliche Akzeptanz bis zu den energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen ausgewertet und in einem gemeinsamen Abschlussbericht mit konkreten Empfehlungen für die Praxis veröffentlicht.

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.