Doppelte Ernte: Agrophotovoltaik-Anlage liefert positive Bilanz

27. Februar 2018 | Kira Crome

© Hofgemeinschaft Heggelbach

© Hofgemeinschaft Heggelbach

Nach dem ersten Betriebsjahr der Pilot-Photovoltaikanlage auf Stelzen, die Solarstromerzeugung und den Anbau von Getreide und Gemüse auf einer Fläche kombiniert, zieht die Begleitforschung eine positive Bilanz: Die Anlage hat sich sowohl aus landwirtschaftlicher wie aus energiewirtschaftlicher Sicht als praxistauglich erwiesen. Ob sich das Konzept weiter verbreitet, ist fraglich.

Strom und Getreide oder Gemüse vom selben Feld: Eine Photovoltaikanlage, die auf fünf Meter hohen Stelzen steht, macht den Anbau von Feldfrüchten darunter möglich. Nimmt der landwirtschaftliche Betrieb den erzeugten Solarstrom für den Eigenverbrauch ab, wird der Landwirt mithilfe eines intelligenten Energiemanagements zum Energiewirt. Herzstück eines solchen „smarten“ Bauernhofs der Zukunft ist eine Agrophotovoltaikanlage, wie sie derzeit auf einer landwirtschaftlichen Versuchsfläche einer Biobauern-Hofgemeinschaft in Heggelbach am Bodensee getestet wird (wir berichteten). Die Idee dahinter: Die Doppelnutzung von Äckern für Stromerzeugung und Agrarproduktion soll den Druck auf knapper werdende Flächen mildern. Erweist sich das Konzept als praktikabel, könnte es Landwirten neue zusätzliche Einkommensquellen erschließen. Das hoffen die Forschungspartner des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) und der Universität Hohenheim, die das Pilotprojekt wissenschaftlich begleiten, zu beweisen. Bis 2019 soll das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Verbundprojekt genauer untersuchen, welchen Mehrertrag die Fläche insgesamt abwirft und welche Feldfruchtsorten unter den Solarpanelen am besten gedeihen.

Nach dem ersten Betriebsjahr haben die Wissenschaftler eine erste Zwischenbilanz gezogen: „Die Ergebnisse des ersten Projektjahrs sind ein voller Erfolg“, sagt Stephan Schindele, Projektleiter Agrophotovoltaik am Fraunhofer ISE. Die Pilotanlage habe sich aus landwirtschaftlicher wie aus energiewirtschaftlicher Sicht als praxistauglich erwiesen. „Die Kosten sind bereits heute mit kleinen Solar-Dachanlagen wettbewerbsfähig, die Ernteprodukte ausreichend hoch und können wirtschaftlich rentabel vermarktet werden.“

Unten Kartoffeln und Sellerie, oben Strom
Unter den Solarpanelen hat Landwirt Thomas Schmid von der Demeter-Hofgemeinschaft Winterweizen, Kartoffeln, Sellerie und Kleegras in wechselnder Fruchtfolge ausgebracht und geerntet. Die Anlage ist so hoch konstruiert, dass Traktoren und andere Arbeitsgeräte ausreichend darunter rangieren können. Die Abstände zwischen den Panelreihen sind so berechnet und die Module so ausgerichtet, dass die Pflanzen am Boden gleichmäßig Sonne erhalten. „Das Mikroklima ist unter dem Solardach vergleichsweise wärmer, dunkler und trockener“, erklärt Schmid. Soll sich die Bewirtschaftung der überbauten Felder lohnen, muss der Ernteertrag mindestens 80 Prozent im Vergleich zu einer unüberbauten Fläche erbringen. Ob sich das Ziel erreichen lässt, haben Agrarwissenschaftler der Universität Hohenheim untersucht und die Entwicklung der Feldfrüchte unter dem Solardach beobachtet.

„Dazu haben wir Parameter wie die Pflanzenhöhe, die Blattfläche, die Gesundheit der Pflanzen, die Erträge und die Ertragsqualität bestimmt“, erklärt Professorin Petra Högy vom Hohenheimer Lehrstuhl für Pflanzenökologie und Ökotoxikologie. Die Daten wurden mit denen der Anpflanzungen auf der nicht überbauten Referenzfläche neben der Agrophotovoltaikanlage verglichen. Die Zwischenbilanz zeige nur wenig Ertragsverluste. „Beim Kleegras ist der Ertrag im Vergleich zur Referenzfläche nur leicht um 5,3 Prozent reduziert“, erläutert Högy die Ergebnisse. „Bei Kartoffeln, Weizen und Sellerie sind die Ernteverluste durch die Beschattung mit rund 18 bis 19 Prozent etwas stärker ausgeprägt.“ Aus agrarwissenschaftlicher Sicht sei das Anlagenkonzept ein vielversprechender Lösungsansatz, so das Fazit. Um abschließende Aussagen zu erhalten, seien jedoch noch mehrere Praxisjahre und Untersuchungen mit anderen Feldfrüchten vonnöten.

Überdurchschnittlicher Stromertrag
Auch mit dem Stromertrag sind die Forschungspartner zufrieden. Mit einer installierten Leistung von 194 Kilowatt kann die Anlage rein rechnerisch den Jahresverbrauch von 62 Haushalten decken. Sie ist mit 720 bifazialen Solarmodulen ausgestattet, die das Sonnenlicht auch noch auf der Unterseite einfangen können. „Bei günstigen Bedingungen, beispielsweise wenn Schnee liegt, können sie bis zu 25 Prozent mehr Ertrag generieren“, erklärt Schindele. Ein Umstand, der sich auf den Energieertrag der Fläche auswirkt und die Landnutzungseffizienz zusätzlich erhöht.

1.266 Kilowattstunden Strom pro installiertem Kilowatt Leistung hat die Anlage in den ersten zwölf Monaten erzeugt, so die Zwischenbilanz. „Dieses Ergebnis liegt ein Drittel über dem deutschlandweiten Durchschnitt von 950 Kilowattstunden pro Kilowatt“, sagt Schindele. Rund 40 Prozent des erzeugten Solarstroms wird direkt vom Hof für den landwirtschaftlichen Betrieb abgenommen. Im Sommer ist der Strom aus der Anlage tagsüber fast komplett vor Ort verbraucht worden. Den überschüssigen Strom nimmt der Projektpartner Elektrizitätswerke Schönau ab. Künftig will Landwirt Schmid gemeinsam mit den Mitgliedern der Hofgemeinschaft die Eigenverbräuche, etwa für den Betrieb von Arbeitsmaschinen und die Weiterverarbeitung der Ernte, noch steigern. 70 Prozent wollen die Landwirte künftig erreichen. Dabei sollen auch ein intelligentes Energiemanagement und der Einsatz eines Stromspeichers helfen.

© Fraunhofer Institut

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Potenzial bietet nach Ansicht der Wissenschaftler überdies die Technologieentwicklung in der Agrarrobotik. Landmaschinenhersteller entwickeln schon jetzt stromgetriebene, leichtgewichtige Mini-Traktoren für die Feldarbeit, die smart vernetzt überdies selbstfahrend die Arbeit, beispielsweise die Aussaat, erledigen. Der Energiebedarf dieser Agrarroboter sei minimal, wirbt ein Entwicklungsforschungsprojekt. Werden ihre Batterien mit Strom aus regenerativen Quellen geladen, ist ihr Betrieb klimaneutral. Verbunden mit Agrophotovoltaikanlage wird der Bauer zum smarten Energiewirt, der nicht nur Getreide und Gemüse produziert, sondern auch Solarstrom erzeugt und nutzt.

Einzige Pilotanlage in Deutschland
Bislang sind Agrophotovoltaikanlagen noch wissenschaftliches Neuland. In Deutschland ist die Pilotanlage am Bodensee die erste ihrer Art. Ähnliche Projekte lassen sich an zwei Händen abzählen. Erforscht werden sie in Japan, Chile, Frankreich und Italien. „Bis zur Marktreife der Technologie müssen noch weitere Sparten und Anlagengrößen getestet und die technische Integration vorangetrieben werden, zum Beispiel bei der Speicherung“, sagt Andreas Bett, Institutsleiter des Fraunhofer ISE.

Bestätigt sehen die Forschungspartner die These, dass die Kombination von Stromerzeugung und Agrarproduktion auf einem Acker den Ertrag ein und derselben Nutzfläche steigern kann. Die Doppelnutzung hat die Landnutzungseffizienz im ersten Pilotjahr um 60 Prozent erhöht, so die Bilanz. Der Verbreitung der Agrophotovoltaik in Deutschland stehen dennoch noch ein paar Hürden im Weg. Bislang sind Ackerflächen von der Nutzung für die Solarstromerzeugung ausgeschlossen. Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) schreibt vor, dass PV-Freiflächenanlagen nur auf sogenannten benachteiligten Gebieten errichtet werden dürfen; also solchen Acker- oder Grünlandflächen, die sich für den Anbau von Feldfrüchten für die Nahrungsmittelversorgung nicht rentieren oder eignen. Andere mögliche Standorte sind brachliegende Gewerbegebiet- und Konversionsflächen sowie bis zu 100 Meter breite Streifen entlang von Transportwegen wie Schienen und Autobahnen. Was den Erhalt der biologischen Artenvielfalt schützen sollte, steht jetzt dem Konzept der Agrophotovoltaik im Weg. Sie kann nicht als Freiflächenanlage gefördert werden.

Sonderregelungen in der Flächennutzungsplanung gefordert
Um das Pilotprojekt zu realisieren, hat die Kommune, der als Träger der Bauleitplanung die Entscheidungshoheit über ein Bauvorhaben obliegt, als Ausweg im Planungs- und Genehmigungsverfahren die Ackerfläche als „Sondergebiet Agrophotovoltaik“ ausgewiesen. Ein weiteres Problem: Im Vergleich zu herkömmlichen PV-Freiflächenanlagen schlagen die Stromgestehungskosten wegen der Aufwendungen für die Aufständerung und den Bodenschutz einer Agrophotovoltaikanlage derzeit rund doppelt so hoch zu Buche, rechnet Schindele vor. „Selbst wenn man für die produzierten landwirtschaftlichen Erzeugnisse noch etwa 1 bis 1,5 Eurocent pro Kilowattstunde abzieht, hilft das nicht, um der neuen Technik bei Ausschreibungen eine Chance gegen Freiflächenanlagen zu geben“, erklärt der Wissenschaftler. Die Forschungspartner werben deshalb dafür, dass in den Ausschreibungsverfahren künftig testweise ein extra Lostopf für die Agrophotovoltaik vorgehalten wird.

Nachhaltige Alternative zum energetischen Biomasseanbau
Was aus ihrer Sicht für die Agrophotovoltaik-Technik spricht: Heute nutzen Landwirte deutschlandweit 18 Prozent der Ackerfläche für die Energiegewinnung und bauen darauf Energiepflanzen für die Stromerzeugung aus Biomasse an – mit entsprechenden Folgen: Förderstopps, Biodiversitätsverluste durch Monokulturen, wachsender Bedarf an Nahrungsmittelimporten aus Entwicklungs- und Schwellenländern. „Für den Landwirt in Deutschland ist die Energieproduktion finanziell rund zehnmal so lohnend wie die Nahrungsmittelerzeugung“, sagt Schindele. Könnten Landwirte künftig mithilfe von Agrophotovoltaikanlagen ihre Flächen doppelt nutzen, würde das nicht nur die Flächenkonkurrenz zwischen Nahrungsmittel- und Energieproduktion aufheben. „Das technische Konzept ermöglicht den Landwirten neue Geschäftsmodelle. Und schließlich stellt es dringend benötigte Zusatzflächen für die Solarstromproduktion bereit, die im Hinblick auf die klimapolitisch anvisierten Ziele gebraucht werden“, ist der Projektleiter überzeugt.

Ein Gedanke zu „Doppelte Ernte: Agrophotovoltaik-Anlage liefert positive Bilanz

  1. Sehr geehrte Damen und Herren,
    die Idee der doppelt genutzten Agrarfläche verfolgt mich schon lange. Ich bin der Ansicht, man sollte die Fläche als Grünland nutzen. Von der Ökologie wird bedauert, dass immer mehr Grünlandflächen für den Ackerbau umgebrochen werden. Hier ist die Möglichkeit gegeben, Grünlandflächen zu erhalten oder gar hinzu zu gewinnen. Außerdem können Tiere unter der PV weiden. Zur Gewinnung von Heu kann man sicher kleinere Maschinen einsetzen, die elektrisch betrieben würden. Der Überbau würde durch die geringere Höhe sicherlich um einiges billiger.

    In variierbaren Anlagen wären optimale Modulabstände und ev. eine Wasserverteilung unter den Modulen zu untersuchen.

    Mit freundlichen Grüßen
    Helmut Spahn

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