Oben Solarstrom – unten «Härdöpfu»

Solarenergie gilt in der Schweiz als die neue erneuerbare Energie mit dem grössten Wachstumspotenzial. Vor allem auf Dachflächen oder über Parkplätzen gibt es Möglichkeiten Solaranlagen zu bauen. Für Freiflächenanlagen dagegen ist der Platz hierzulande begrenzt. Doch leistungsstarke Freiflächen-Solaranlagen können auch auf landwirtschaftlichen Nutzflächen gebaut werden. Ein Ansatz, der weltweit erforscht wird, ist die Agrophotovoltaik: In der Höhe erzeugen Photovoltaikmodule Strom, darunter wächst Gemüse oder Getreide.

Die Weltbevölkerung wächst und damit der Bedarf an Nahrungsmitteln. Zugleich werden Flächen für die Produktion von Ökostrom im Kampf gegen den Klimawandel zu gebraucht. Die Kombination aus Landwirtschaft und Photovoltaik, auch Agrophotovoltaik genannt, könnte diesen Konflikt entschärfen. Es müsste nicht einmal ein Prozent der globalen Agrarflächen mit Solarmodulen bestückt werden, um den Stromhunger der Welt zu stillen, rechnete ein Team der Oregon State University kürzlich im Wissenschaftsmagazin Scientific Reports vor.

Pilotanlage in Baden-Württemberg

Wie Agrosolar aussieht und funktioniert, kann man sich rund 30 Kilometer nördlich des Bodensees ansehen. Seit drei Jahren steht dort auf dem Demeterhof der Hofgemeinschaft Herdwangen-Schönach eine Pilotanlage. Die Bauern testen hier mit dem grössten Solarforschungsinstitut Europas, dem Fraunhofer «Institute for Solar Energy Systems» auf 2500 Quadratmetern Land: Die Stahlkonstruktionen für die Solarpanels mit einer Leistung von 194 kWp ragen fünf Meter in die Höhe, damit unten drunter die Felder auch mit Traktoren weiter bewirtschaftet werden können. Angebaut werden Winterweizen, Kartoffeln, Sellerie und Kleegras. 

Drei Ernten haben die Bauern bisher eingefahren. Ihre Bilanz ist durchaus positiv. Im verregneten Sommer fielen die Erträge beim Weizen und den Kartoffeln zwar um einen Fünftel geringer aus, als auf den photovoltaikfreien Vergleichsflächen. Im sehr trockenen 2018 gab es dagegen dank der Beschattung der Solaranlage – die Anlage lässt weniger Sonnenlicht auf den Boden durch - ein Plus von 12 Prozent beim Sellerie und von 3 Prozent beim Winterweizen.

Kosten liegen höher

Auch wenn die Erträge geringer ausfallen, wird insgesamt dank der PV-Anlage die sogenannte Landnutzungseffizienz dank dem Solarstrom um rund 60 Prozent gesteigert. Im Vergleich mit normalen Solaranlagen produziert die Agrophotovoltaik auf dem Demeterhof dank Solarzellen auf der Ober- und der Unterseite, die das vom Boden gespiegelte Sonnenlicht nutzt, rund 15 Prozent mehr Strom. Doch bei den Stromgestehungskosten schlagen die Investitionen für die Stahlkonstruktion ordentlich zu Buche. Für eine durchschnittliche Anlage von 2 MWp liegen diese zwischen 8 und 10 Eurocent pro kWh. Damit ist Agrosolar zwar günstiger als Dachanlagen auf Häusern, aber teurer als normale Freiflächenanlagen. 

Im Einsatz gegen Klimaerwärmung

«Agrophotovoltaik macht überall dort auf der Welt Sinn, wo es einen Flächenkonflikt gibt», sagt dazu Fraunhofer-Geoökologin Tabea Obergfell im RWE-Blog. Diesen Flächenkonflikt gibt es in vielen eng besiedelten Gebieten wie Deutschland und insbesondere der Schweiz. Hier könnte laut den Forschenden dank Agrosolar und der damit verbundenen Beschattung der Landwirtschaftsflächen auch den Folgen der zunehmenden Klimaerwärmung mit immer höheren Temperaturen im Sommer begegnet werden. 

Klar ist: In sehr heissen Regionen mit hoher Sonneneinstrahlung zahlt sich Agrosolar besonders aus. Die Stromproduktion ist höher und die Ernteerträge dank Beschattung auch. Auf einer Testfläche in Arizona, so schreibt die «Süddeutsche Zeitung», wurden im Schatten der Module Chili, Cherry-Tomaten und Jalapeño gepflanzt. Die Chili-Ernte fiel dreimal und die Tomatenernte doppelt so hoch aus wie auf photovoltaikfreien Vergleichsflächen. Jalapeños gediehen überall gleich gut. Nach Bewässerungen blieb die Feuchtigkeit zudem länger im Boden und der Wasserverbrauch war niedriger. Auch die Solarmodule profitierten und waren am Tag rund neun Grad Celsius kühler als Module einer klassischen Freiflächenanlage in der gleichen Region. Der Kühleffekt steigerte den Wirkungsgrad und erhöhte den jährlichen Stromertrag um etwa ein Prozent.

Agrosolar als Win-Win-Situation.

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Dynamische Entwicklung

Agrophotovoltaik (APV) nennt man die gleichzeitige Nutzung von Flächen für die landwirtschaftliche Pflanzenproduktion (Photosynthese) und die PV-Stromproduktion (Photovoltaik). APV deckt ein breites Spektrum in der Intensität landwirtschaftlicher Nutzung und im Mehraufwand für den PV-Anlagenbau ab. Es reicht von intensiver Ackerkultur mit speziellen PV-Montagesystemen bis zu extensiver Beweidung mit marginalen Anpassungen auf der PV-Seite. Damit steigert APV die Flächeneffizienz und ermöglicht, PV-Leistung auszubauen bei gleichzeitigem Erhalt fruchtbarer Ackerflächen für die Landwirtschaft oder in Verbindung mit der Schaffung artenreicher Biotope.

Die APV-Technologie hat sich in den letzten Jahren sehr dynamisch entwickelt und in fast allen Regionen der Welt verbreitet. Die installierte APV-Leistung stieg exponentiell von ca. 5 MW im Jahr 2012 auf ca. 2,9 GW im Jahr 2018, mit staatlichen Förderprogrammen in Japan (seit 2013), China (ca. 2014), Frankreich (seit 2017), den USA (seit 2018) und zuletzt Korea.

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