Agro-PV: Wie funktioniert es und was bringt es Landwirten?

Was bedeutet Agro?

Das Bestimmungswort agro- stammt aus dem Griechischen und steht für „Acker“ oder „Feld“. In Zusammensetzungen wie Agro PV hat es die Bedeutung von „landwirtschaftlich“ oder „Landwirtschafts-“.

‍Was bedeutet PV?

Die Buchstaben PV stehen für Photovoltaik: Das ist die Bezeichnung einer Technologie zur Erzeugung erneuerbaren (regenerativen) Stroms aus Solarenergie. Um Solarstrom beziehungsweise Photovoltaik-Strom zu gewinnen, braucht es eine entsprechende technische Anlage: die Photovoltaik-Anlage, kurz: PV-Anlage, noch kürzer: PVA.

Damit dies gelingt, ist die Solarzelle aus verschiedenen Halbleiterschichten aufgebaut. Vor allem hochreines Silizium kommt hier zum Einsatz, das man mit anderen chemischen Elementen gezielt „verunreinigt“, so dass sich eine Halbleiterschicht mit einem Mangel an Elektronen und eine mit einem Überschuss an Elektronen ergibt. An der Stelle, wo sich die beiden Schichten berühren, bildet sich eine Art „Grenzschicht“, in die Elektronen einwandern, um den „Mangelzustand“ auszugleichen. Mit den wandernden Elektronen verschiebt sich die Ladung und infolgedessen entstehen sowohl ein Pluspol als auch ein Minuspol in der Solarzelle. Treffen die Photonen der Sonnenstrahlung auf diese Grenzschicht auf, werden die Elektronen aktiviert und wandern zum Pluspol der Solarzelle. Wird zwischen den beiden Schichten der Stromkreis geschlossen, kann ein Strom fließen – mit dem Effekt, dass die Lichtenergie der Sonne direkt in elektrische Energie (Elektrizität, Strom) umgewandelt wird.

Eine einzelne Solarzelle erzeugt allerdings nur eine kleine elektrische Leistung. Aus diesem Grund nimmt man viele Solarzellen und schaltet diese, entweder in Serie oder parallel, zu einem Solarmodul zusammen.

Photovoltaik-Anlagen gibt es in Klein, Mittel und Groß.

• Kleine Anlagen finden auf den Dächern von Wohnhäusern, Carports oder Terrassenüberdachungen Platz. Sie heißen deshalb auch Dachanlagen. Alternativ werden Photovoltaik-Anlagen in die Fassade von Gebäuden oder in Balkone (zum Beispiel als Brüstung) integriert.
• Mittelgroße Dachanlagen werden auf großen Gebäudedächern installiert, neben Dächern von Gewerbe- und Industriegebäuden insbesondere in der Landwirtschaft, wo sie auf Ställen und Hallen inzwischen weit verbreitet sind.
• Großanlagen kommen auf Freiflächen unter und werden deshalb auch Freiflächenanlagen (FFA) genannt. Eine alternative Bezeichnung ist Solarpark.

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Was ist Agro PV? (Begriffserklärung, Definition)

Der oben vorgestellten Bedeutung von Agro zufolge bedeutet „Agro PV“ (auch ausgeschrieben als Agrophotovoltaik in Gebrauch) wortwörtlich „landwirtschaftliche Photovoltaik“ beziehungsweise „Landwirtschafts-Photovoltaik“. Wobei bei dieser Begriffserklärung die Gewichtung der landwirtschaftlichen Nutzung der Fläche fast zu leicht ausfällt. Daher deuten wir den Ausdruck Agro PV als „Landwirtschaft plus Photovoltaik“. Nur der Vollständigkeit halber: Alternativ zum Begriff Agro PV ist auch Agri-PV gängig.

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Wie funktioniert Agro PV?

Für Agro PV wird eine Photovoltaik-Anlage auf einer landwirtschaftlich nutzbaren Fläche installiert.
Dies geschieht auf eine Weise, die das Bewirtschaften der Nutzfläche

• entweder als Anbaufläche (für Kultur- oder Energiepflanzen)
• oder als Weidefläche (für Schafe, Ziegen, Geflügel oder Bienen)

weiterhin zulässt. Die verschiedenen technische Lösungen werden grob in

• offene
• und geschlossene

Systeme unterschieden.

1. Zu den geschlossenen Agro-PV-Systemen zählen im Wesentlichen Gewächshäuser mit integrierter Photovoltaik-Anlage.
2. Bei den offenen Agro-PV-Systemen gibt es bodennah auf den Freiflächen montierte und hoch aufgeständerte Anlagen. Dabei erfolgt die Montage in Modulreihen, zwischen denen ein bestimmter Abstand gelassen wird, um eine gegenseitige Verschattung der Module zu verhindern.

Hochaufgeständert bedeutet, dass die PV-Module in einer Höhe von mindestens 2,1 Meter über dem Boden (gemäß der Norm DIN SPEC 91434) montiert sind. Um eine solche Installation zu bewerkstelligen, kommen die Module auf spezielle Unterkonstruktionen: die sogenannte Aufständerung. Die landwirtschaftliche Nutzung der Fläche erfolgt dann unter den aufgeständerten Solarmodul-Reihen und dazwischen.

Bodennahe vs. aufgeständerte Anlagen: die Vorteile und Nachteile

Bei bodennahen Solaranlagen werden üblicherweise nur die Flächen zwischen den Modulen landwirtschaftlich bewirtschaftet. Dabei ist von Vorteil, dass bodennahe Anlagen geringere Kosten verursachen. Zudem beeinträchtigen sie das Landschaftsbild eher weniger als aufgeständerte Anlagen.

Hoch aufgeständerte Anlagen dagegen nutzen die Landfläche effizienter und schützen die darunter angebauten landwirtschaftlichen Kulturen mehr vor Umwelteinflüssen.

Gut zu wissen: Agro-PV-Anlagen können sowohl mit einer starren Unterkonstruktion als auch mit 1- oder 2-achsig beweglichen Konstruktionen (sogenannte Tracker) errichtet werden. Diese auch nachgeführt genannten Anlagen richten ihre Module nach dem wechselnden Stand der Sonne aus, um ein Maximum an Sonnenenergie zu ernten (flexibles Lichtmanagement).

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Wie ist der Stand der Dinge in Deutschland: Wie viel Agro PV gibt es bereits?

Laut dem aktuellen Leitfaden des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE „Agri-Photovoltaik: Chance für Landwirtschaft und Energiewende. Ein Leitfaden für Deutschland | Stand April 2022“ waren am Ende des Jahres 2021 in Deutschland rund 59 Gigawatt (GW P ) PV-Leistung installiert, davon etwa 75 Prozent auf Dächern, der Rest in PV-FFA.

Um diese Menge richtig einzuordnen: Dem ISE zufolge werde hierzulande jedoch deutlich mehr PV- Leistung benötigt – den Bedarf beziffert das Institut auf 300 bis 450 GW P installierter Leistung bis zum Jahr 2045. Beim Ausbau der PV könnten demnach neben Gebäuden, Fahrzeugen und Fahrwegen auch landwirtschaftliche Flächen und Wasserflächen sowie der urbane Raum für riesige Ertragsflächen sorgen.

Welches Potential hat Agro-PV?

Das ISE schreibt der Agro-PV unter allen integrierten Photovoltaik-Anwendungen „besonders große Chancen“ zu. Demnach genügten rund vier Prozent der deutschen Agrarflächen, um Deutschlands kompletten Bedarf an Strom – zumindest bilanziell gesehen – zu decken. Dieser liege laut einer ISE- internen Potenzialabschätzung bei rund 1700 GW P . Wobei nach eigenen Angaben überwiegend schattentolerante Kulturen und Kulturen typischer Fruchtfolgen berücksichtigt worden seien.

Würden von diesen 1700 GW nur zehn Prozent genutzt werden, so heißt es im oben verlinkten Leitfaden des ISE, würde dies bereits fast einer Verdreifachung der aktuellen PV-Kapazität in Deutschland gleichkommen.

Bodennah montierte Module mit weitem Reihenabstand würden demnach einen landwirtschaftlichen Anbau zwischen den Reihen erlauben. Bei einer Belegungsdichte von 0,25 Megawatt (MW) pro Hektar (ha) eröffne der Anbau von Futterpflanzen auf Dauergrünland ein Potenzial von weiteren 1.200 GWp.

Gut zu wissen: Hinsichtlich Stromerzeugung sei die Doppelnutzung der landwirtschaftlichen Fläche mit Agro-PV laut ISE-Leitfaden deutlich effizienter als der Anbau von Energiepflanzen. Demnach komme man mit Agro-PV auf den „Faktor 32 mehr Strom pro Hektar als bei Energiemais“. Der Energiepflanzenanbau beanspruche in Deutschland immerhin 14 Prozent der landwirtschaftlichen Flächen.

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Welches Potential hat Agro-PV?

Das ISE schreibt der Agro-PV unter allen integrierten Photovoltaik-Anwendungen „besonders große Chancen“ zu. Demnach genügten rund vier Prozent der deutschen Agrarflächen, um Deutschlands kompletten Bedarf an Strom – zumindest bilanziell gesehen – zu decken. Dieser liege laut einer ISE- internen Potenzialabschätzung bei rund 1700 GW P . Wobei nach eigenen Angaben überwiegend schattentolerante Kulturen und Kulturen typischer Fruchtfolgen berücksichtigt worden seien.

Würden von diesen 1700 GW nur zehn Prozent genutzt werden, so heißt es im oben verlinkten Leitfaden des ISE, würde dies bereits fast einer Verdreifachung der aktuellen PV-Kapazität in Deutschland gleichkommen.

Bodennah montierte Module mit weitem Reihenabstand würden demnach einen landwirtschaftlichen Anbau zwischen den Reihen erlauben. Bei einer Belegungsdichte von 0,25 Megawatt (MW) pro Hektar (ha) eröffne der Anbau von Futterpflanzen auf Dauergrünland ein Potenzial von weiteren 1.200 GWp.

Gut zu wissen: Hinsichtlich Stromerzeugung sei die Doppelnutzung der landwirtschaftlichen Fläche mit Agro-PV laut ISE-Leitfaden deutlich effizienter als der Anbau von Energiepflanzen. Demnach komme man mit Agro-PV auf den „Faktor 32 mehr Strom pro Hektar als bei Energiemais“. Der Energiepflanzenanbau beanspruche in Deutschland immerhin 14 Prozent der landwirtschaftlichen Flächen.

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Was bringt Agro-PV dem Landwirt?

Die aktuellen Wetterextreme und die der vergangenen Jahre zeigen, dass der Klimawandel im Gange ist und schon jetzt katastrophale Nebenwirkungen mit sich bringt – insbesondere für die deutsche Landwirtschaft. Laut dem ISE seien vor allem die für das Pflanzenwachstum bedeutsamen Frühjahrsniederschläge während der vergangenen 30 Jahren spürbar gesunken.

Zwar habe man diese Trockenperioden mit extra Bewässerung überbrücken und so die landwirtschaftlichen Erträge sichern können. Dennoch bestünden vielerorts Entnahmebeschränkungen für Grund- und Oberflächenwasser, sodass weitere Anpassungsmöglichkeiten gefunden werden müssten. Neben der Trockenheit würden zudem Wetterextreme wie Starkregen und Hagel den Anbau von Kulturpflanzen gefährden.

Um den Herausforderungen der Klimakrise, des Gewässerschutzes und dem Wunsch nach Ertragssteigerung gerecht zu werden, müsse die Landwirtschaft demnach immer häufiger ihre Kulturen schützen, mit Gewächshäusern und Folientunneln oder dem Einsatz von Hagelschutznetzen im Obstbau. Das Spektrum der Schutzmaßnahmen gegen Frost- und Hagelschäden reiche laut dem ISE insbesondere bei hochpreisigen Sonderkulturen von

• Heizdrähten und Frostschutzkerzen
• über stationäre Gas- oder Ölbrenner
• bis hin zu Hubschraubern oder Hagelfliegern, die feinste Silberiodid-Partikel unter der Wolkenbasis ausbringen würden.

Der Einsatz derartiger technischer und mechanischer Schutzmaßnahmen werde demnach aufgrund der Klimaveränderung aller Voraussicht nach in den kommenden Jahrzehnten viel wichtiger werden.

Die Agro-PV biete die Chance, viele dieser Herausforderungen gleichzeitig zu meistern: So bekämen landwirtschaftliche Betriebe mit Agro-PV Möglichkeiten, ihr Einkommen zu diversifizieren und innerbetriebliche Kreisläufe zu schließen. Denn vor allem die geringere Verdunstungsrate und der Schutz vor Hagel und Frost seien wichtige Faktoren für den Ertrag der landwirtschaftlichen Nutzungsfläche.

Hinzu komme, dass sich an den Unterkonstruktionen der Solarmodule weitere Schutzsysteme kostengünstig integrieren ließen, was Produktivität und Wertschöpfung der landwirtschaftlichen Flächen deutlich steigere.

Allerdings stelle die Agro-PV den Landwirt auch vor Herausforderungen: Denn die Anlage veränderten die Lichtverhältnisse für die auf den Flächen angebauten Kulturen. Zudem ließen sich die Flächen wegen der Aufständerung schwerer bewirtschaften.

Neben der trotz PV-Anlage möglichen Nutzung bringt die Agro-PV dem Landwirt auch neue
Einkommenschancen:

• Entweder verkauft oder verpachtet/vermietet der Landwirt seine Freifläche an Betreiber von Agro-PV-Anlagen und kassiert so einen einmaligen Geldbetrag gemäß aktueller Ackerpreise oder eine Pacht/Miete (einmalige oder jährliche Zahlung). Auch die Eigennutzung des mit der Agro-PV-Anlage erzeugten Stroms sowie Beteiligungen an der Vermarktung des Agro-PV- Stroms sind üblich.
• Oder der Landwirt wird selbst zum Betreiber einer eigenen Agri-PV-Anlage und nutzt und/oder vermarktet den eigens erzeugten Solarstrom selbst.

Mehr dazu lesen Sie in unserem Blogbeitrag „Freiflächen verkaufen oder Freiflächen verpachten – was ist besser?“ hier auf Landverpachten.de.

Was bringt Agro-Photovoltaik bezüglich der Flächenkonkurrenz?

Die traditionelle Flächenkonkurrenz zwischen

• Siedlungsflächen,
• natürlich zu belassenden Flächen
• und landwirtschaftlichen Nutzflächen

hat sich mit der ohne Frage dringend notwendigen Energiewende noch um einiges verschärft: Denn die für die erneuerbare Energieerzeugung nötigen Anlagen brauchen auch Installationsflächen. Die Agro PV kann das konkurrierende Gerangel der damit vier Flächeninteressenten um die

• grundsätzlich begrenzt zur Verfügung stehenden
• und wegen des steten Siedlungsbaus sowie fortschreitenden Klimawandels tendenziell weniger werdenden landwirtschaftlichen Nutzflächen

entspannen.

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Was bringt Agro-PV dem Artenschutz und dem Klima?

Es gibt bereits mehrere Studien, die aufzeigen, welche Vorteile Agro PV dem Klima und der Artenvielfalt (Biodiversität) am Standort der Anlage bringt. Die Studienergebnisse stellen wir Ihnen auf unserem Blog ausführlich vor. Schauen Sie gerne einmal hier in den Beitrag "Biodiversität fördern– kein Problem mit einem Solarpark" rein!