Was ist Agri-Photovoltaik? Wie funktioniert die gleichzeitige Flächennutzung für Landwirtschaft und Solarstromerzeugung? Was bringt Agri-Photovoltaik? Welche Geschäftsmodelle sind denkbar? Was sind die Vor- und Nachteile von Agri-Photovoltaik? Lohnt sich Agri-Photovoltaik? Fragen über Fragen, die wir hier beantworten
Was ist Agri-Photovoltaik? Wie funktioniert die gleichzeitige Flächennutzung für Landwirtschaft und Solarstromerzeugung? Was bringt Agri-Photovoltaik? Welche Geschäftsmodelle sind denkbar? Was sind die Vor- und Nachteile von Agri-Photovoltaik? Lohnt sich Agri-Photovoltaik? Fragen über Fragen, die wir hier beantworten
Klimaneutralität bis 2050. So lautet das Ziel der deutschen Bundesregierung und der Europäischen Union (EU). Für das Erreichen dieses Ziels ist der Ausbau der Erneuerbaren Energien (EE) unabdingbar. Dieser wirft unweigerlich die Frage nach Flächen zur Installation der entsprechenden Erzeugungsanlagen auf. Mit Blick auf die grundsätzlich begrenzte Fläche eines Landes und die klimawandelbedingte Abnahme fruchtbarer Böden wird deutlich, dass hier durchaus Interessenskonflikte aufkommen können. Oder anders formuliert: Flächennutzungskonflikte.
Um die bestehende Flächennutzungskonkurrenz besser zu beurteilen, hilft der Blick von oben aufs Land weiter: Deutschlands nutzbare Fläche betrug im Jahr 2019 laut dem Umweltbundesamt (UBA) 357.581 Quadratkilometer (km²). Diese Gesamtfläche ergibt sich unter anderem aus
Das amtliche Liegenschaftskatasterinformationssystems (ALKIS) der deutschen Bundesländer beziffert die Flächenanteile der genannten "Flächennutzer" sogar noch genauer: Demnach
Nur der Vollständigkeit halber: Die restliche Gesamtfläche führt das UBA als „sonstige Flächen“. Diese Kategorie umfasse:
Die genannten Anteile verändern sich. Während der Anteil der landwirtschaftlichen Fläche insbesondere im Umland städtischer Verdichtungsräume langsam sinke, steige der von Siedlungen und Verkehr stetig, schreibt das UBA. Dieser Nutzungskonflikt wird mit dem Ruf nach Flächen zum Ausbau der Erneuerbaren verschärft – ein dritter Flächennutzer mit wachsendem Bedarf kommt buchstäblich aufs Land.
Die Entscheidung, ob eine Fläche künftig landwirtschaftlich oder für den Ausbau Erneuerbarer Energien genutzt werden soll, ist schwierig und wird noch schwieriger. In ihrem Vorwort zum APV-Leitfaden für Deutschland "Agri-Photovoltaik: Chance für Landwirtschaft und Energiewende", den das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) im Oktober 2020 herausgab und den Sie kostenlos downloaden können, schrieben die Bundesministerinnen Anja Karliczek (Bundesministerium für Bildung und Forschung) und Julia Klöckner (Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft), dass die sogenannte Agri-Photovoltaik ein vielversprechendes Konzept zur Kombination beider Nutzungsformen sei. Diese intelligente Doppelnutzung der Fläche für Landwirtschaft und Solarstromerzeugung hätte demnach das Potenzial, der Verknappung von Nutzflächen entgegenzuwirken und zur nachhaltigen Entwicklung ländlicher Räume beizutragen. Landwirte würden damit die Möglichkeit erhalten, neue Einkommensquellen zu erschließen, ohne dabei die Produktivität ihrer Flächen zu verlieren.
Der Begriff Agri-Photovoltaik setzt sich aus "Agri" und "Photovoltaik" zusammen. Ersteres ist aus dem Lateinischen; dort heißt "ager" so viel wie "Feld, Acker". In Wortverbindungen lässt sich "Agri" mit "landwirtschaftlich" übersetzen. Photovoltaik meint sowohl die Technologie als auch die Technik, mit deren Hilfe sich Solarenergie (Sonnenstrahlung) sammeln und in nutzbaren Strom umwandeln lässt.
Demnach bedeutet Agri-Photovoltaik "landwirtschaftliche Photovoltaik". Der Begriff wird herangezogen, wenn es um frei aufgestellte Anlagen zur Solarstromerzeugung (Photovoltaik-Anlagen) geht, die auf einer Fläche (Acker, Feld) installiert werden, die sich trotz dessen zugleich auch immer noch landwirtschaftlich nutzen lässt.
Die Agri-Photovoltaik kann demnach als ein Konzept zur Doppelnutzung von Flächen definiert werden, auf denen sich gleichzeitig Pflanzen anbauen und Solarstromerzeugungs-Anlagen (Photovoltaik-Anlagen) errichten und betreiben lassen. Solche PV-Anlagen auf Freiflächen nennt man auch Freiflächen-Anlagen (FFA) oder Offenland-Anlagen.
Alternativ zum Begriff Agri-Photovoltaik sind auch die Bezeichnungen Agro-Photovoltaik und Agrar-Photovoltaik geläufig. Wobei die erste Alternative wegen der Nähe zum Begriff "aggro" im Sinne von aggressiv einen negativen Beigeschmack hat und die zweite Alternative nur im Deutschen verstanden wird. Agri-Photovoltaik dagegen ist international verständlich, dort trifft man häufig auf "Agrophotovoltaics" oder kürzer "Agrivoltaic".
Es gibt nicht nur die eine Möglichkeit, das Konzept Agri-Photovoltaik technisch zu realisieren. Das Fraunhofer-ISE schreibt in seinem Leitfaden, dass die technischen Ansätze zur Integration von Photovoltaik in die Landwirtschaft so vielfältig seien wie diese selbst. Die Autoren des Leitfadens ordneten die bisher bewährten Agri-Photovoltaik-Anlagen-Typen daher den drei Kategorien zu:
Warum ist die Einteilung in solche Flächennutzungs-Kategorien überhaupt wichtig? Weil sich der Aufbau der Photovoltaik-Anlage nach der Art der landwirtschaftlichen Bewirtschaftung richtet. Laut dem Leitfaden des Fraunhofer ISE verlange die Agri-PV auf Kulturland angepasste Aufständerungssysteme für die PV-Module, die die nötige Bewirtschaftung erlaubten, während bei Agri-PV auf Grünland zumeist gewöhnliche oder nur gering angepasste Unterkonstruktionen für PV-Freiflächenanlagen zum Einsatz kämen.
Wegen der Kombination mit landwirtschaftlicher Nutzung fallen die gängigen Geschäftsmodelle zum Betrieb einer Agri-Photovoltaik-Anlage meist komplexer aus als bei herkömmlichen Freiflächenanlagen. Soll ein Projekt umgesetzt werden, können verschiedene Parteien unterschiedliche Funktionen erfüllen. Die möglichen Funktionen im Überblick:
Im einfachsten Geschäftsmodell erfüllt eine Partei alle Funktionen (typisch: landwirtschaftlicher Betrieb). Das ist üblich, wenn die Agri-Photovoltaik-Anlage kleiner ist oder in Hofnähe steht, ein Eigenverbrauch des Solarstroms geplant ist und/oder der Landwirt bereits Erfahrungen mit Photovoltaik hat. Allerdings herrsche in Deutschland ein hoher Pachtanteil, insbesondere in den neuen Bundesländern, steht im Leitfaden. Hier entfällt also die Landeigentümerschaft. Bei größeren Anlagen dürfte zudem die Eigentümerschaft am Photovoltaik-System entfallen, wobei Teileigentümerschaften durchaus Anreize schaffen könnten, künftig auf Agri-Photovoltaik zu setzen.
Für die eingangs dargestellten Flächennutzungskonflikte ist die Agri-Photovoltaik eine praktische und nachhaltige Lösung. Im Vergleich zu anderen Photovoltaik-Ansätzen mit Doppelnutzen, zum Beispiel
habe die Agri-Photovoltaik laut dem Leitfaden des Fraunhofer ISE das höchste Potential. Sie löse den Flächennutzungskonflikt mit der Landwirtschaft und damit den Konflikt mit dem künftig wohl höchsten ökonomischen, ökologischen, politischen und gesellschaftlichen Konfliktpotential. Die globale Verfügbarkeit fruchtbarer Böden sinkt, nicht zuletzt infolge des menschengemachten Klimawandels.
Im Leitfaden beziffern dessen Autoren das Potential der Agri-Photovoltaik so: Nur rund vier Prozent der deutschen Ackerflächen würden ausreichen, um bilanziell den gesamten, aktuellen Strombedarf (Endenergie) in Deutschland zu decken (rund 500 GigawattPeak, GWP installierte Leistung). In einer ersten Abschätzung des Fraunhofer ISE zum technischen Potenzial der Agri-PV betrage dieses allein in Deutschland rund 1.700 GWP. Nutze man davon nur zehn Prozent, entspräche dies bereits mehr als einer Verdreifachung der aktuellen PV-Kapazität in Deutschland. Aus energetischer Sicht sei diese Doppelnutzung der Ackerfläche deutlich effizienter als der reine Anbau von Energiepflanzen, der demnach in Deutschland allein 14 Prozent der landwirtschaftlichen Flächen verbrauche.
Die Agri-Photovoltaik bringt also wie erwartet erneuerbaren Strom. Doch was hat die Landwirtschaft von der Doppelnutzung der Fläche?
Der Klimawandel zeigt sich mittlerweile überall. Die Landwirtschaft begegnet ihm mit sogenannten Kulturschutzmaßnahmen, wobei sie auch immer die Steigerung des Ertrags pro Fläche im Auge hat. Das seien laut dem Agri-Photovoltaik-Leitfaden zufolge beispielsweise Maßnahmen wie:
Folgt man den Prognosen der Wissenschaftler, werden die Wetterextreme mit dem Klimawandel zunehmen, so dass sich die Landwirtschaft entsprechend wappnen muss. Die Bedeutung solcher Kulturschutzmaßnahmen wächst demzufolge – und wird zunehmend Aufwand und Geld kosten.Ein großes Problem bereitet der Landwirtschaft in Deutschland die Trockenheit. Im Frühjahr fehlen die Niederschläge, die dem Pflanzenwachstum den dringend nötigen Schub geben. Die im Verlauf der Saison anhaltende Trockenheit (verborgene Dürre im Unterboden) lässt sich nur mit extra Bewässerung überbrücken. Die daraus resultierenden Ertragsschwankungen und -verluste bedrohen die Landwirtschaft existenziell.
Nicht zu vergessen sei, so heißt es im Leitfaden weiter, dass sich an den Aufständerungen der Photovoltaik-Module auch weitere Schutzsysteme für die darunter wachsenden Kulturpflanzen installieren ließen.
Zwischenfazit: Die Agri-Photovoltaik könne dem Vorgeschriebenen zufolge sowohl die Produktivität als auch die Wertschöpfung der landwirtschaftlichen Nutzflächen erhöhen.
Den aufgezeigten Vorteilen stünden laut dem Leitfaden Nachteile gegenüber, darunter beispielsweise diese: Die Photovoltaik-Anlagen verändern die Lichtverhältnisse für die unter ihnen wachsenden Pflanzen. Und die Konstruktionen zur Anlagen-Montage (Aufständerung), die für einen maximalen Solarertrag bestmöglich gen Sonne ausgerichtet werden müssen, behindern die Bewirtschaftung der Anbauflächen.
Weltweit sind bereits Agri-Photovoltaik-Anlagen im Einsatz, darunter viele wissenschaftliche Pilotprojekte. Erforscht wird die für beide, Solarstromerzeugung und Landwirtschaft, profitabelste Möglichkeit, Ertrag einzufahren. Dabei geht es unter anderem um
Studienergebnisse liegen inzwischen vor: Sie führen zum Beispiel zu anwendbarem Wissen hinsichtlich der Abstände und Ausrichtung der Photovoltaik-Module, der Fruchtfolge und der Bewirtschaftungsweise.
An dieser Stelle soll auch kurz die Agri-Photovoltaik auf Grünland erwähnt werden: In Deutschland sei die Doppelnutzung von Photovoltaik auf Weideland gängige Praxis, insbesondere auf Schafweiden. Dabei werde die Flächennutzung auf den Solarertrag optimiert. Allerdings würden, so ist im Agri-Photovoltaik-Leitfaden zu lesen, die zu erwartenden synergetischen Effekte des Konzepts ebenso wie seine Wertschöpfung verglichen mit denen der Agri-Photovoltaik auf Kulturland eher gering ausfallen.
Auch die Wirtschaftlichkeit der Agri-Photovoltaik soll hier diskutiert werden: Dazu gilt es zunächst, die Frage "Was kostet Agri-Photovoltaik?" zu beantworten. Laut dem Leitfaden des Fraunhofer ISE könnten die Kosten von Agri-PV stark variieren. Gründe dafür seien unter anderem
Die Anschaffungskosten einer Agri-Photovoltaik-Anlage lägen demnach in der Regel über denen einer konventionellen PV-Freiflächen-Anlage. Dies begründet der Leitfaden damit, dass die Unterkonstruktion für die PV-Module höher und aufwändiger sei. Die gewünschte Durchfahrtshöhe unter den Modulen und die Pfostenabstände schlügen sich direkt auf der Rechnung nieder. Kleinere Landmaschinen und ein hohes Maß an Handarbeit würden sich demnach meistens rechnen. Ebenso wie mehrjährige Reihenkulturen, bei deren Anbau die Anlagenstützen ohne große Verluste an Anbaufläche in die Pflanzenreihen integriert werden könnten. Anders als bei konventionellen PV-Freiflächen-Anlagen sei eine Einzäunung bei Agri-PV-Systemen in der Regel unnötig.
Die Fraunhofer Wissenschaftler erwarten für Agri-Photovoltaik-Anlagen im laufenden Betrieb leichte Einsparungen gegenüber herkömmlichen Photovoltaik-Freianlagen, weil einige Arbeiten wie die sogenannte Unkrautbeseitigung unter den Modulen im Rahmen der üblichen Bewirtschaftung ohnehin vorgenommen würden. Lediglich die nicht bearbeitbaren Streifen zwischen der Aufständerung sollten gepflegt werden, um ein Ausbreiten unerwünschter Unkräuter zu verhindern. Auch bei der Landpacht könne man demnach mit Kosteneinsparungen rechnen, die sich infolge der Doppelnutzung ergäben.
Die Wissenschaftler, die den Agri-Photovoltaik-Leitfaden verfassten, bewerten deren Wirtschaftlichkeit in Abhängigkeit von der Bewirtschaftungsweise. Sie kommen dabei zu folgendem Fazit: Im Ackerbau seien Anlagen mit einer höheren installierten Leistung notwendig, damit sich Agri-Photovoltaik rechne. Anders sähe das bei Nutzflächen aus, die mit Dauer- und Sonderkulturen bepflanzt würden: Bei günstigen Voraussetzungen ließe sich hier Wirtschaftlichkeit durchaus auch mit kleineren Systemen erreichen. Mit einer konstanten landwirtschaftlichen Bewirtschaftung bestünde bei Dauerkulturen zudem die Möglichkeit, das Design der Photovoltaik-Anlagen technisch komplett an die Anforderungen anzupassen, die die Landwirtschaft stellt. Würden die Nutzflächen dagegen im Fruchtwechsel bewirtschaftet, empfiehlt der Leitfaden, dass man sich designtechnisch an den Durchschnittswerten der angebauten Kulturen orientiere.
Drei wesentliche Posten machen die Investitionskosten in eine Agri-Photovoltaik-Anlage aus:
1. Preis der Photovoltaik-Module
Der Modulpreis erhöhe sich dann, wenn diese bei geringer Bauhöhe in der Größe oder der Lichtdurchlässigkeit an den Bedarf der darunter wachsenden Pflanzen angepasst werden müssten. Verwende man anstelle von Standard-Modulen sogenannte bifaziale Glas-Glas-Module stiegen die Investitionskosten in einem Berechnungsbeispiel des Fraunhofer ISE im Schnitt von 220 Euro pro kWp auf 360 Euro pro kWp. Allerdings kompensiere die aus der Qualität der Module resultierende höhere Solarstromerzeugung pro installierter Anlagenleistung diese Mehrausgaben zum Teil.
2. Preis der Unterkonstruktion
Unterkonstruktionen für Agri-Photovoltaik-Anlagen im Ackerbau kosten im Schnitt 400 Euro pro kWp, während sie bei herkömmlichen Freiflächenanlagen lediglich bei 75 Euro pro kWp lägen. Wobei der Leitfaden hier auf Unsicherheiten der Angaben hinweist, da die Preise in Abhängigkeit von Design und möglichen Lern- und Skaleneffekten zwischen 320 und 600 Euro pro kWp schwanken könnten. Die Kosten für Unterkonstruktionen bei der Bewirtschaftung mit Sonder- und Dauerkulturen seien dagegen mit 130 bis 220 Euro pro kWp deutlich niedriger.
3. Kosten für Standortvorbereitung und Installation
Auch die Vorbereitung des Anlagenstandortes und die Anlageninstallation koste bei Agri-PV mehr als bei herkömmlichen Freiflächen-Anlagen. So lägen die Preise dafür beim Ackerbau zwischen 250 bis 350 Euro pro kWp. Zum Vergleich: Bei herkömmlichen Freiflächenanlagen wären Sie laut Schätzung des Fraunhofer ISE mit 70 bis 100 Euro pro kWp dabei. Als Kostentreiber nennt der Leitfaden hier die Bodenschutzmaßnahmen (Verwendung von Baustraßen), weil sich die Bauplanungen nach den Bewirtschaftungszeiten der Landwirtschaft sowie der Befahrbarkeit der Böden richten müsse. Bei Sonder- und Dauerkulturen sei hier mit einem deutlich geringeren Anstieg der Kosten auf 120 bis 180 Euro pro kWp zu rechnen.
Das kostet Agro-Photovoltaik – die Betriebskosten
Bei den Betriebskosten dürfe man laut dem Fraunhofer ISE dagegen mit Einsparungen rechnen, zum Beispiel bei den Bereitstellungskosten der Fläche. Außerdem entfielen die sonst üblichen Kosten für die Flächenpflege unter der Agri-Photovoltaik-Anlage. Lediglich die Reinigungskosten für die Anlage dürften wegen der zumeist höheren Installation höher ausfallen, wobei der Leitfaden auch anmerkt, dass hierzulande regelmäßiger Regen einen Großteil der Putzarbeiten erledige.
Auch diese Frage ist für den wirtschaftlichen Betrieb einer Agri-Photovoltaik-Anlage von immenser Bedeutung. Der Leitfaden schlussfolgert hierzu, dass das Erzeugen von Solarstrom im Ackerbau über eine Laufzeit von 20 Jahren mit Stromgestehungskosten von durchschnittlich 9,93 Eurocent pro kWh fast doppelt so teuer sei wie mit einer durchschnittlichen Freiflächenanlage. Die Stromgestehungskosten seien somit im Durchschnitt vergleichbar mit kleineren Dachanlagen. Für Anlagen über Dauerkulturen mit einer niedrigeren Durchfahrtshöhe lägen die Stromgestehungskosten mit durchschnittlich 7,13 Eurocent dagegen nur etwa ein Drittel über denen einer herkömmlichen Freiflächen-Anlage.
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