Agrophotovoltaik: Vor- & Nachteile auf dem Acker

Was ist Agrophotovoltaik?

Mit dem Begriff Agrophotovoltaik ist ein Konzept zur doppelten Flächennutzung in der Landwirtschaft gemeint. Die „landwirtschaftliche Photovoltaik“, dafür steht der Begriff Agrophotovoltaik wortwörtlich, kombiniert landwirtschaftliche und energiewirtschaftlich Aktivitäten auf ein und derselben Fläche. Dabei werden landwirtschaftliche Produkte unterhalb oder zwischen Photovoltaik-Anlagen angebaut.

Oft ist in diesem Zusammenhang auch die Rede von gleichzeitiger

  • Photosynthese (physiologische, biochemische Reaktion, bei der energiereiche Biomoleküle aus energieärmeren Stoffen mithilfe von Lichtenergie erzeugt werden)
  • und Photovoltaik (PV; Technologie zur Erzeugung von nutzbarem Strom aus Sonnenenergie)

auf der landwirtschaftlichen Nutzfläche.

Warum ist Agrophotovoltaik als Flächennutzungskonzept fit for future?

Um zu verstehen, welches Potential Agrophotovoltaik für beide daran beteiligte volkswirtschaftliche Sektoren – Landwirtschaft und Energiewirtschaft – hat, müssen wir ein wenig ausholen. Deshalb werfen wir zunächst einen Blick auf die Fläche, die der Landwirt in die Synergie Agrophotovoltaik einbringt.

Boden, in Form von Ackern (Feldern), Weiden und Wiesen (Grünland) sind des Landwirts wichtigstes Gut. Sie sind seine Produktionsflächen, die er traditionell bewirtschaftet, um darauf Erträge zu erzielen und damit seine wirtschaftliche Existenz abzusichern:

  • mit dem Anbau von Kulturpflanzen
  • und mit dem Beweiden.

Doch der fortschreitende Klimawandel verändert die Anbaubedingungen für landwirtschaftliche Betriebe und macht mittlerweile vielen Landwirten einen Strich durch ihre Ertragsrechnungen: Längst sprechen wir auch in Deutschland von Dürre und Dürrejahren. Anders ausgedrückt: Der Boden ist
unter der Dürre nicht mehr so ertragreich wie einst. Dass die Lage ernst ist, zeigt unser Exkurs:

Exkurs zur Dürre in Deutschland

Ertragseinbrüche, Noternten, Ernteausfälle, Sonnenbrand bei Obst und Laub, Trockenstress – so zeigt sich die Dürre 2022 in der Landwirtschaft

Der Deutsche Wetterdienst (DWD) beschreibt in einer aktuellen Pressemitteilung von Mitte August 2022 die derzeitige Bodensituation in Deutschland so:

Nach einem überwiegend überdurchschnittlich nassen Winter 2021/22 seien die Startbedingungen in die Vegetationsperiode 2022 von der Bodenfeuchte her demnach gut gewesen. Doch schon der ungewöhnlich sonnige und niederschlagsarme März habe dafür gesorgt, dass die Bodenfeuchte deutlich unter das Mittel sank. Im anfangs nasskalten April habe sich die Situation vorübergehend entspannt, ehe im trockenen und teils schon sommerlich warmen Mai eine zunehmend tieferreichende Austrocknung der Böden startete. Diese habe sich über den Sommer hinweg mit wenigen Unterbrechungen bis zum jetzigen Zeitpunkt fortgesetzt. Dabei habe die Bodenfeuchte der obersten 60 Zentimeter (cm) im Deutschlandmittel schon seit Mitte April einen ähnlichen Verlauf wie im Jahr 2018 genommen, das als „das Dürrejahr“ in die jüngste Geschichte einging. Die negative Abweichung zum vieljährigen Mittel der Bodenfeuchte sei in diesem Zeitraum immer größer geworden. Im Monatsmittel für Mai 2022 habe die Bodenfeuchte für sandigen Lehmboden noch bei 58 Prozent nutzbarer Feldkapazität (Prozent nFK) bei einem vieljährigen Mittel von 74 Prozent nFK gelegen. Im Juli 2022 wären es demnach nur noch 28 Prozent nFK gewesen, das Mittel liege bei 51 Prozent nFK. Besonders stark seien die Böden im Osten und in den Beckenlagen des Südwestens ausgetrocknet, im äußersten Norden und Süden erreichte die Bodenfeuchte hingegen nicht ganz so niedrige Werte.

Die zunehmende Trockenheit des Bodens verursache demnach ernsthafte Folgen für die darauf von der Landwirtschaft anzubauenden Pflanzen:

Bereits ab Mai seien zunehmend Auswirkungen auf die Landwirtschaft und allgemein auf die Pflanzenwelt bemerkbar gewesen:

Trockenheit und Wärme hätten gebietsweise die Blüte und Kornentwicklung bei Getreide beeinträchtigt, erklärt der DWD. Die kurze, aber extreme Hitze im Juni habe insbesondere dem Winterweizen geschadet. Hitze und Trockenheit hätten teils auch eine deutlich verfrühte Abreife des Getreides bewirkt – die Rede sei hier von einer sogenannten Notreife.

Für die früh reifende Wintergerste und den Raps mit seinem tiefreichenden Wurzelwerk reiche die aus dem Winter stammende Bodenfeuchte meist noch aus, so dass die Ernte teils sogar überdurchschnittlich ausgefallen sei. Späte Getreidesorten wie Winterweizen würden hingegen gebietsweise stark in Mitleidenschaft gezogen, so dass der Ertrag regional deutlich unter dem mehrjährigen Durchschnitt liegen dürfte. Die Ernte sei rund eine Woche früher als üblich erfolgt.

Ab Juli hätte die weiter zunehmende Trockenheit zwar kaum noch Auswirkungen auf Getreide gehabt, dafür umso mehr auf Mais und Zuckerrüben, deren Wasserbedarf im Laufe des Sommers deutlich ansteige. Bei diesen Pflanzen seien dem DWD zufolge in den vergangenen Wochen immer deutlicher teils irreversible Schäden sichtbar geworden. Inzwischen werde in einigen Regionen der erste Körnermais als Silomais gehäckselt, um wenigstens die Grünmasse noch retten zu können, denn der Kornertrag wäre erheblich zu niedrig gewesen.

Auch Grünland verdorre zusehends und werde seinem Namen vielerorts nicht mehr gerecht; gebietsweise sei sogar einer der üblichen Grünlandschnitte ausgefallen.

Und auch bei vielen Bäumen und Sträuchern sei der Trockenstress immer deutlicher sichtbar geworden. Im Obstbau kämen teils Schäden infolge Überhitzung der Früchte bei gleichzeitigem Wassermangel hinzu – ein sogenannter Sonnenbrand. Mitunter würden aber auch die Blätter von Laubbäumen Sonnenbrandschäden zeigen.

Wir hätten aktuell einen sehr ähnlichen Verlauf der Bodenfeuchte wie im Jahr 2018, erklärt Dr. Udo Busch, Leiter der Abteilung Agrarmeteorologie beim DWD. Ihm zufolge würden die Böden in weiten Teilen Deutschlands eine extreme Trockenheit aufweisen, die nicht nur der Landwirtschaft große Probleme bereite. Auch Verkehrsträger wie die Schifffahrt seien wegen Niedrigwasser betroffen. Die Folgen, unter anderem für die Wälder, die eventuell ein viertes Trockenjahr innerhalb von fünf Jahren überstehen müssten, könne man heute noch gar nicht abschätzen.

Der Vollständigkeit halber sei hier auch angeführt, dass es nicht nur die Dürre ist, die den Landwirten als Nebenwirkung des massiv fortschreitenden Klimawandels zu schaffen macht. Denn der bringt auch in Zahl und Stärke zunehmende plötzliche Wetterereignisse wie Hagel, Sturm und Starkregen, die Ernten innerhalb kürzester Zeit zunichtemachen können.

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Der Klimawandel bedroht demnach massiv die Existenzgrundlage der Landwirtschaft. Er nimmt den Landwirten schon heute teils oder gänzlich ihre traditionelle Einkommensquelle. Zugleich stehen sie unter Druck, die Versorgung der Bevölkerung mit Lebensmitteln zu gewährleisten. Deren Ansprüche an Qualität und Vielfalt wächst zunehmend, der Bedarf ist unter den neuen klimatischen Bedingungen nur noch schwer zu decken. Selbst wenn die Verbraucher bereit wären, sich auf neue Lebensmittel einzulassen, die Umstellung auf neue Kulturpflanzen, die auch bei den veränderten klimatischen Bedingungen gedeihen, ist mit wirtschaftlichen Risiken verbunden, die sich viele Landwirte nicht leisten können.

Auf der Suche nach neuen Einkommensquellen sind viele Landwirte schon zu Energiewirten geworden, indem sie sich auf den Anbau sogenannter Energiepflanzen spezialisiert haben. Diese dienen als erneuerbare Biomasse (nachwachsender Rohstoff) zur Erzeugung von Energie, zum Beispiel Biogas. Damit wird jedoch der traditionelle Flächenkonflikt zwischen

  • Siedlungsbau / Verkehr
  • und Landwirtschaft

nur verschärft. Denn inzwischen tritt die erneuerbare Energiewirtschaft als dritter Interessent an
Flächen auf den Flächennutzungsplan.

Agrophotovoltaik kann diesen Konflikt entschärfen:

  • Sie hilft, die Böden vor Austrocknung und Dürre zu bewahren. Denn mit der teilweisen Beschattung sinkt die Verdunstungsrate unter und zwischen den Solarmodulen.
  • Sie schützt die auf der Fläche angebauten Nutzpflanzen vor witterungsbedingten Schäden, Hagelschäden und Starkregen. Das spart Landwirten unter anderem Ausgaben für Hagelschutznetze und Folientunnel.
  • Sie erhöht die Flächeneffizienz, denn dank ihr kommen sowohl landwirtschaftliche als auch energiewirtschaftliche Erträge von der Fläche.

Wie funktioniert Agrophotovoltaik?

Für Agrophotovoltaik werden geeignete Ackerflächen oder Grünlandflächen mit einer großen
Photovoltaik-Anlage bestückt. Die Solarmodule kommen dazu schräg auf stabile Gestelle, so dass sie
so hoch über dem Boden montiert sind, dass die Fläche darunter für den Landwirt bewirtschaftbar
bleibt.

Alternativ werden die Solarmodulreihen senkrecht montiert und die Zwischenräume für die Landwirtschaft benutzt. Das funktioniert jedoch nur mit speziellen Solarmodulen, die das Sonnenlicht beidseitig in Solarstrom umwandeln können (sogenannte bifaziale Module).

Welche Vor- und Nachteile bringt Agrophotovoltaik dem Landwirt?

Die Vorteile der Agrophotovoltaik für den Landwirt liegen auf der Hand:

  1. Der Landwirt kann seine Flächen landwirtschaftlich bewirtschaften und damit Erträgeerwirtschaften. Er sichert so seinen Betrieb und seine Existenz.
  2. Der Landwirt eröffnet sich eine neue Einkommensquelle. Die Ausgestaltung dieses Einkommens kann verschieden sein:

a. Entweder verpachtet der Landwirt die Fläche an Solarparkbetreiber gegen eine Pacht. Dann hat er die Möglichkeit, im Pachtvertrag nicht nur die Pacht zu regeln, sondern auch, dass er erstens die Fläche weiterhin landwirtschaftlich bewirtschaftet und zweitens an den Erträgen des Solarparks beteiligt wird, wobei er an den Vermarktungserträgen des dort erzeugten Solarstroms ebenso teilhaben kann wie an dem Strom selbst (Stichwort: Eigennutzung). Letzteres spart dem Landwirt Betriebskosten, da er seinen Betrieb mit eigens erzeugtem Strom wegen der im Vergleich zu Netzstrom deutlich niedrigeren Gestehungskosten deutlich günstiger betreiben kann.

b. Oder der Landwirt verkauft die Fläche und streicht einmalig einen Verkaufspreis ein. Auch hier ist es Verhandlungssache, ob der Landwirt spezielle Konditionen zur Nutzung des Stroms erhält.

c. Wird der Landwirt selbst zum Eigentümer und Betreiber der Solaranlage auf seinem Land sprudeln beide Einkommensquellen in seinen Betrieb.

Welche Vor- und Nachteile bringt Agrophotovoltaik der Energiewende?

Eine Photovoltaikanlage ist eine Anlage zur Erzeugung erneuerbaren, umweltfreundlichen Stroms. Sie wandelt Energie, die die Sonne als derzeit größte erneuerbare Energiequelle gratis anliefert, in nutzbaren Strom um. Jede Kilowattstunde (kWh) Solarstrom, die im Energiemix Strom aus fossilen Quellen ersetzt, bringt die Energiewende voran.

Doch die Energiewende umfasst nicht nur den Wechsel der Energieerzeugung von fossil auf regenerativ. Es geht dabei auch um Aspekte wie Versorgungssicherheit und Teilhabe. Als Agrophotovoltaik-Landwirt wird der Landwirt zum Energiewirt. Er ist Teil des dezentralen Netzes an Energieerzeugern, das landesweit für sichere Energieversorgung sorgt. Dezentralität bedeutet hier auch Demokratie, denn sie erlaubt die Teilhabe vieler an der Energieversorgung.

Mit der Stromerzeugung vor Ort wird der Landwirt und das Land wirtschaftlich unabhängig von Energieimporten und den damit auch politisch diktierten Energiepreisen.

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Welche Vorteile und Nachteile bringt Agrophotovoltaik der Region?

Dezentrale Energieerzeugung bedeutet auch dezentrale Wertschöpfung. Der Landwirt beziehungsweise der Anlagenbetreiber beauftragt in der Regel regionale Unternehmen mit dem Bau des Solarparks. So bleibt die Investition in der Region. Mit dem Solarstrom lassen sich der Betrieb des Landwirts und gegebenenfalls auch andere Verbraucher rund um den Standort versorgen. Das heißt, auch der Ertrag kommt der Erzeugerregion zugute.

Welche Vor- und Nachteile bringt Agrophotovoltaik dem Klima?

Das globale Klima profitiert vielfältig von Agrophotovoltaik. Zum einen ist der Wechsel von fossiler auf erneuerbare Energieerzeugung umwelt- und klimafreundlich. Fossile Ressourcen müssen nicht ausgebeutet werden, das erspart irreparable Schäden an Umwelt und Klima sowie enorme Kosten. Zum anderen sind die Wege zwischen Stromerzeugung und Stromverbrauch kurz. Das spart Transporte und Transportkosten und lässt den Wirkungsgrad der Energie steige, denn mit dem Energietransport sind immer auch Transportverluste verbunden.

Laut Studien profitiert aber auch das lokale Klima von Agrophotovoltaik. Denn diese erhält oder verbessert die klimatischen Bedingungen am Standort und trägt dazu bei, dass die Artenvielfalt (Biodiversität) dort auch nachhaltig geschützt wird.

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