Die Energiewende braucht Platz für technische Anlagen, die aus erneuerbaren Energiequellen nutzbare Energie erzeugen: Strom wie Wärme. Photovoltaik-Anlagen, die Sonnenergie in nutzbaren Solarstrom umwandeln, sollen nach den Plänen der Bundesregierung eine Säule der künftigen Energieerzeugung sein. Deshalb wird ihr Ausbau forciert: sowohl auf und an Gebäuden als auch auf freien Flächen. Wir beantworten in diesem Beitrag die 12 wichtigsten Fragen zum Photovoltaik-Platzbedarf: Dabei geht es um die deutschen PV-Ausbauziele, typische PV-Erträge pro Fläche, die verschärfte Flächenkonkurrenz, Flächenfraß seitens Freiflächenanlagen und die Doppelnutzung Agri-PV für Flächen.
Frage 1: Wie viel Photovoltaik braucht Deutschland für die Energiewende?
Die Regierung hat im Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) 2023 die Ausbauziele für Photovoltaik-Anlagen (PV-Anlagen) konkret beziffert und getimt. Bis Ende des laufenden Jahres sollen 9 Gigawatt (GW) an neuer PV-Anlagenleistung ans Netz gehen – erzeugt von Gebäude-Anlagen und Freiflächenanlagen.
Ab dem Jahr 2026 stehen jährlich 22 GigawattPeak (GWP) neue Anlagen auf dem Plan. Demnach soll davon die eine Hälfte als Gebäudeanlagen (Dachanlagen, Fassadenanlagen) und die andere Hälfte als Freiflächenanlagen (FFA) errichtet werden.
Den genauen Ausbaupfad für Solarstromanlagen zeigt der gleichnamige § 4 EEG 2023 auf: Darin heißt es, dass die Energiewendeziele nach § 1 EEG 2023 mit einer Steigerung der installierten Leistung von Solarstromanlagen auf
- 88 GW im Jahr 2024,
- 128 GW im Jahr 2026,
- 172 GW im Jahr 2028,
- 215 GW im Jahr 2030,
- 309 GW im Jahr 2035 und
- 400 GW im Jahr 2040
sowie mit dem Halten dieser Leistung nach dem Jahr 2040 erreicht werden sollen. Um den planmäßigen Fortschritt des Ausbaus überprüfen zu können, legt das EEG in § 4a zudem einen „Strommengenpfad“ fest.
Frage 2: Wie viel PV-Fläche braucht Deutschland, um die Ausbauziele umzusetzen?
Bis zum Jahr 2030 brauche Deutschland, in Abhängigkeit von der Weiterentwicklung der Flächeneffizienz und des Anteils von Anlagenkonzepten mit höherer Flächeninanspruchnahme (Agri-PV), weitere 60.000 bis 80.000 Hektar (ha) für den Ausbau von PV-Freiflächenanlagen. Zu diesem Ergebnis kam eine Kurzstudie mit dem Titel „Anpassung der Flächenkulisse für PV-Freiflächenanlagen im EEG vor dem Hintergrund erhöhter Zubauziele.
Notwendigkeit und mögliche Umsetzungsoptionen“, über die wir bereits Anfang des Jahres berichteten. Die Studie schätzte das Flächenpotential von Gebäuden (Dächer und Fassaden) als sehr groß ein: Bis zu 400 GW PV-Leistung ließen sich demnach auf Dächern und bis zu 320 GW PV-Leistung an Fassaden installieren. Für den nötigen Ausbau der PV-Freiflächenanlagen gebe es laut der Studie genügend vorgenutzte und vorbelastete Flächen – einschließlich für Ackerbau genutzter Gebiete. Und so ließen sich demnach bis zum Jahr 2030 0,5 bis 0,6 Prozent der landwirtschaftlich genutzten Fläche Deutschlands – laut dem Statistischen Bundesamt 50,5 Prozent der Gesamtfläche von 357.600 Quadratkilometern (km2) – mit PV-Freiflächenanlagen bestücken. Das entspreche rund 77.000 ha.
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Frage 3: Hat Deutschland genug Flächen für PV?
Das Fraunhofer ISE schreibt in seinem Paper „Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland“, dass Deutschland genug Flächen für PV habe – und zwar ohne nennenswerte Konflikte mit der Landwirtschaft oder dem Naturschutz. Ein wichtiges Konzept für die Erschließung bedeutender Flächenpotenziale sei die Integration. Integrierte Photovoltaik ermögliche demnach eine doppelte Flächennutzung. Ein zusätzlicher Flächenverbrauch für neue PV-Kraftwerke werde deutlich gesenkt oder gänzlich vermieden. Speziell auf die Anwendung zugeschnittene PV-Anlagen würden dazu mit Landwirtschaft kombiniert (Agri-PV), auf künstlichen Seen errichtet (Floating-PV), als Hülle von Gebäuden, Parkplätzen, Verkehrswegen und Fahrzeugen genutzt oder sie erbringen Ökosystemdienstleistungen auf renaturierten Biotop- und Moorflächen (Moor-PV).
Frage 4: Ist der Ausbau von Freiflächen-Anlagen ein Problem für die Landwirtschaft?
Die obigen Zahlen, denen zufolge bis zum Jahr 2030 0,5 bis 0,6 Prozent der landwirtschaftlich genutzten Fläche Deutschlands mit PV-Freiflächenanlagen „besetzt“ würden, sprechen für sich.
Dennoch stehen Begriffe wie „Flächenkonkurrenz“, „Flächenverlust“ und „Flächenfraß“ immer wieder im Raum, wenn im Zuge der Energiewende insbesondere über den Ausbau der Freiflächenanlagen diskutiert wird. Sie emotionalisieren die Diskussion. Deshalb schauen wir an dieser Stelle einmal genauer darauf, ob die Befürchtungen, die mit den teils übergriffigen Begriffen mitschwingen, überhaupt angebracht sind:
Frage 5: Wie beeinflusst der Ausbau von PV-Freiflächenanlagen die Flächenkonkurrenz in Deutschland?
Grundsätzlich konkurrieren mehrere Interessen um die Fläche Deutschlands, die bei der hohen Besiedlungsdichte hierzulande ganz klar Mangelware ist:
- Zum einen ist das der Siedlungsbau, zu dem alle Bauten zählen, die der Mensch sich zum Wohnen, Lernen, Arbeiten und Erholen zunutze macht – inklusive der Verkehrswege.
- Zum anderen steht die Landwirtschaft buchstäblich auf der Fläche, die diese zur Nahrungs- und Futtermittelproduktion beansprucht, um die Bevölkerung Deutschlands entsprechend zu versorgen.
- Mit der sich verstärkenden Klimakrise verselbständigte sich der Natur- und Klimaschutz als weiterer Interessent an Flächen und wurde so zu einem weiteren Akteur auf und Konkurrenten um Flächen.
- Mit den Erneuerbaren Energien, die für den Erfolg der Energiewende unerlässlich sind, ist seit einigen Jahren ein viertes Flächeninteresse im Spiel, das die Flächenkonkurrenz seinerseits verschärft: Für die entsprechenden Erzeugungsanlagen wie Windkraftanlagen und Solaranlagen (Photovoltaik und Solarthermie) ist Platz nötig. Und die Energiepflanzen, die als Biomasse angebaut werden, um in Biomasseanlagen daraus Biogas, Biodiesel und Bioethanol herzustellen, gelten derzeit sogar als die flächenintensivste Energieerzeugung unter den Erneuerbaren Energien. Im Schnitt brauche man für den Bau einer Biomasseanlage 1,26 ha, also fast zwei Fußballfelder. Bei rund 10.000 Biogasanlagen kommt man auf 12.600 ha. Wegen der Energiepflanzen, die zur Biogasproduktion angebaut werden müssten, erhöhe sich die Fläche laut dieser Quelle um weitere anderthalb Millionen ha (1.550.000 ha), so dass die Biogasproduktion fast 10 Prozent der landwirtschaftlichen Nutzfläche Deutschlands in Anspruch nehme. Wichtig: Zugleich verzeichne die Bioenergieerzeugung aus Biomasse und Energiepflanzen den geringsten Flächenertrag je Flächeneinheit!
Zum Vergleich ein Blick auf den Stromertrag von PV-Freiflächenanlagen: Das Fraunhofer ISE gehe demnach unter Berücksichtigung der notwendigen Abstandsflächen zwischen den Solarmodulen insgesamt von einer Effizienz von 60 bis 90 Kilowattstunden pro Quadratmeter (kWh/m2) im Jahr aus.
Dennoch gibt es Stimmen, die sich trotz des niedrigeren Flächenertrags von Biomasse gegenüber PV für Erstere aussprechen. Sie begründen ihren Standpunkt damit, dass man die Flächen, die mit Energiepflanzen bebaut würden, in Krisenzeiten schnell für den Anbau von Nahrungsmitteln nutzen könne (sogenannte Umwidmung der Flächennutzung) als Flächen, auf denen PV-Freiflächenanlagen installiert seien. Überhaupt genüge laut dieser Stimmen das oben bezifferte PV-Potential von Gebäude-PV, um den deutschen PV-Ausbauzielen gerecht zu werden. Doch dabei wird eine Sache unterschätzt: Das Ausbautempo! Denn der Ausbau der Gebäude-PV erfolgt langsam. Zu langsam, um den – nicht nur mengenmäßigen, sondern auch zeitlich – festgeschriebenen Ausbau zu erreichen. Die Gründe für das langsamere Ausbautempo von Gebäude-PV gegenüber Freiflächen-PV sind schnell benannt: Freiflächen sind dank des Solarturbos, den die Bundesregierung zündete, inzwischen deutlich kostengünstiger, bürokratieärmer und schneller mit PV zu bestücken, als Dächer und Fassaden. Außerdem fehle es noch an Anschlussmöglichkeiten ans Stromnetz, schreibt das Handelsblatt in seiner Wochenend-Ausgabe vom 21./22./23. April 2023, Nr. 78, Seite 6.
Frage 6: Verschärft der Ausbau von PV-Freiflächenanlagen den Flächenfraß in Deutschland?
Der Begriff „Flächenfraß“ steht synonym für: „Flächenverbrauch“. Die Frage, wie viel Fläche Deutschland pro Jahr „verbraucht“, beantwortet das Statistische Bundesamt (Destatis). Demnach sei die Siedlungs- und Verkehrsfläche in Deutschland im vierjährigen Mittel der Jahre 2018 bis 2021 durchschnittlich um 55 ha pro Tag gewachsen. Damit habe der tägliche Anstieg gegenüber dem Indikatorwert des Vorjahres leicht zugenommen, der 54 ha pro Tag in den Jahren 2017 bis 2020 betragen hatte.
Gut zu wissen: Das Ziel der Bundesregierung sei es mit der deutschen Nachhaltigkeitsstrategie, den durchschnittlichen täglichen Anstieg bis zum Jahr 2030 auf unter 30 ha zu drücken. Bis zum Jahr 2050 sei Destatis zufolge eine sogenannte Flächenkreislaufwirtschaft angestrebt. Das bedeute, dass dann netto keine weiteren Flächen für Siedlungs- und Verkehrszwecke erschlossen würden.
Eine Thünen-Studie, auf die sich das Internetportal agrarheute in seiner Onlineausgabe beruft, komme demnach zu dem Schluss, dass zum Erreichen der Ausbauziele nur auf 1,7 Prozent der landwirtschaftlichen Nutzfläche überhaupt PV-Freiflächenanlagen errichtet würden. Daher sei zu erwarten, dass es nur zu regional begrenzten Konkurrenzsituationen komme. In der Studie werde von einer mittleren spezifischen Flächeninanspruchnahme in der Größenordnung von 1,4 ha/MWP ausgegangen. Demzufolge ergäbe sich bei dem oben bezifferten Ausbauziel von 215 GWP bis 2030 ein Flächenbedarf von insgesamt 150.500 ha (einschließlich des aktuellen Bestands) beziehungsweise 0,9 Prozent der aktuell landwirtschaftlich genutzten Fläche. Für das Ausbauziel von 400 GWP bis zum Jahr 2040 bestünde demnach ein Flächenbedarf von 280.000 ha bzw. 1,7 Prozent der aktuell landwirtschaftlich genutzten Fläche.
Frage 7: Bedeutet eine PV-Freiflächenanlage tatsächlich einen „Flächenverlust“?
Ganz pragmatisch betrachtet, muss die Antwort auf diese Frage „Nein“ lauten. Denn selbstverständlich geht die Fläche unter einer PV-Anlage nicht verloren.
Allerdings führt die Landwirtschaft den Begriff „Flächenverlust“ immer wieder an, denn ihr ginge die Stellfläche für die große PV-Anlage als landwirtschaftliche Nutzfläche verloren.
- Das ist richtig, wenn die Fläche ausschließlich energetisch genutzt wird. Dann entfällt sie für die Laufzeit der PV-Anlage darauf als Fläche, die landwirtschaftlich genutzt wird.
- Aber: Das ist falsch, wenn die Fläche sowohl energetisch zur Stromerzeugung genutzt wird als auch landwirtschaftlich. Diese Doppelnutzung der Fläche nennt sich Agri-Photovoltaik, kurz: Agri-PV und hat sich seit einigen Jahren bestens bewährt. Je nach lokalen Standortbedingungen kann die Fläche neben der Solarstromerzeugung auch dem Anbau von Ackerfrüchten oder als Weidefläche für Schafe, Ziegen, Geflügel oder Bienen dienen.
Das Fraunhofer ISE berichtet in seinem aktuellen Paper „Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland“, das Agri-PV (auch APV) „ein breites Spektrum in der Intensität der Landwirtschaft und im Mehraufwand für den PV-Anlagenbau“ abdecke. Es reiche demnach „von intensiven Kulturen mit speziellen PV-Montagesystemen bis zu extensiv genutztem Grünland mit marginalen Anpassungen auf der PV-Seite und hohem Potenzial für Ökosystemdienstleistungen“. APV steigere die Flächeneffizienz und ermögliche einen massiven Zubau an PV-Leistung, bei gleichzeitigem Erhalt fruchtbarer Böden für die Landwirtschaft oder in Verbindung mit der Schaffung artenreicher Biotope auf mageren Böden. Weltweit werde APV dem Fraunhofer ISE zufolge bereits im GW-Maßstab genutzt, in Deutschland gebe es aber erst wenige Systeme.
Frage 8: Was bringt Agri-PV dem Landwirt?
Mit der Doppelnutzung hat der Landwirt zwei Einnahmequellen – resultierend aus dem PV-Ertrag auf der Fläche und dem landwirtschaftlichen Flächenertrag. Das oben schon erwähnte Thünen-Institut habe laut dem Handelsblattbericht berechnet, dass die Grundrente, also die Rendite oder der Gewinn, den die PV-Freiflächenanlage einbringe, aktuell bei mehreren Tausend Euro pro ha liege. Demgegenüber stellt die Zeitung 500 Euro landwirtschaftlichen Ertrag je ha, wobei sie sich auf eine Quelle im „Haus von Landwirtschaftsminister Özdemir“ beruft.
Wichtig: Diese Einnahmen beziehen sich auf den Fall, dass der Landwirt die Fläche besitzt, selbst bewirtschaftet und seine eigene PV-Anlage daraufstellt und betreibt.
Anders sähe das Ganze aus, wenn der Landwirt zum Beispiel die Freifläche an einen PV-Anlagenbetreiber verpachtet und gegebenenfalls landwirtschaftlich beackert. Dann hätte er sich mit der Landverpachtung eine andere Einnahmequelle eröffnet: die Pacht.
Dazu müssen Sie wissen, dass die grundsätzliche Flächenknappheit, die Konkurrenzsituation am Flächenmarkt im Allgemeinen sowie der attraktive Anreiz, den die Solarstromerzeugung mit einer PV-Freiflächenanlage darstellt, im Besonderen Einfluss auf die Bodenpreise und Pachtpreise nimmt.
Frage 9: Wie beeinflusst die Flächenkonkurrenz die Bodenpreise und Pachtpreise?
Knappe Güter – Boden gehört ganz klar dazu – werden im Zuge sich verstärkender Knappheit noch wertvoller für diejenigen, die daran ein Interesse haben. Laut dem oben bereits erwähnten Handelsblattbericht, das sich aufs Statistische Bundesamt beruft, habe im Jahr 2020 die jährliche Pacht je ha im Bundesdurchschnitt 329 Euro betragen. Das entspreche demnach einem Anstieg von 62 Prozent im Vergleich zum Pachtpreis von 2010.
Frage 10: Verdrängen Investoren Landwirte im Gerangel um Pachtflächen?
In Deutschland ist mit 60 Prozent ein recht großer Teil der landwirtschaftlichen Nutzfläche Pachtland. Das Statistische Landesamt Baden-Württemberg schreibt, dass hierzulande das „Wirtschaften auf fremdem Land zur Regel“ geworden sei. Als Grund dafür führt es an, dass Betriebe mit einer wirtschaftlichen Entwicklungsperspektive landwirtschaftlich genutzte Flächen von aufgegebenen oder verkleinerten Betrieben übernehmen und sie zur eigenen betrieblichen Erweiterung nutzen würden. Anders als beim Flächenkauf seien Pachten variable Kosten und die aufzuwendenden Finanzmittel blieben bei der Verpachtung auch überschaubar, so dass die Pacht den betrieblichen Handlungsspielraum für Investitionen in Maschinen und Gebäude kaum einenge.
Die hohen Flächenrenditen, die PV-Freiflächenanlagen bringen, würden dem Handelsblattbericht zufolge Investoren anlocken, die wiederum Bauern verdrängten, die ein Interesse an den hätten. Die Zeitung schreibt weiter, dass ihr gegenüber eine Sprecherin des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klima (BMWK) gestanden hätte, dass man die Problematik sähe und man anstrebe, die Agri-PV-Technologie weiter zu fördern. Das Handelsblatt erklärt, es habe Informationen, dass die Agri-PV die von Vizekanzler und Bundeswirtschaftsminister Habeck bevorzugte Möglichkeit wäre, um den Konflikt zu entschärfen.
Bleibt abzuwarten, ob Deutschland bei der Agri-PV rasch handeln kann, um die Technologie in der benötigten Größenordnung aufs Feld zu bringen – so wie es andere Länder bereits zeigten.
Frage 11: Wie wird der Flächenbedarf für eine Photovoltaik-Anlage berechnet?
Der Flächenbedarf für eine Photovoltaik-Anlage hängt von verschiedenen Faktoren ab: Leistung der Anlage, Größe der Solarmodule, Wirkungsgrad der Module und Standort der Anlage. Im Allgemeinen wird der Flächenbedarf einer PV-Anlage wie folgt berechnet:
Die Leistung einer PV-Anlage wird in der Einheit KilowattPeak (kWP) beziffert und gibt an, wie viel elektrische Leistung die Anlage unter Standardtestbedingungen (1.000 W/m² Einstrahlung und 25 °C Zelltemperatur) erzeugen kann.
Der Flächenbedarf der Photovoltaik-Anlage hängt von der Zahl und Größe der Solarmodule ab, die auf der Fläche installiert werden. Die Modulgröße wird in der Regel in Quadratmetern angegeben. Die benötigte Fläche kann berechnet werden, indem man die Leistung der Anlage durch die durchschnittliche spezifische Leistung (in kWp/m²) der Solarmodule teilt. Wichtig: Die spezifische Leistung variiert je nach Typ und Hersteller der Module.
Weitere Faktoren können den Flächenbedarf der Photovoltaik-Anlage beeinflussen, darunter der Abstand zwischen den Modulen und der Neigungswinkel der Module gen Sonne. Auch Platzbedarf für Schattenflächen, Zufahrten, Sicherheitszonen und weitere Infrastrukturkomponenten sollten bei der Planung berücksichtigt werden.
Es ist zudem wichtig, zu beachten, dass der tatsächliche Flächenbedarf einer PV-Anlage je nach den spezifischen Bedingungen vor Ort variieren kann.
Frage 12: Leiden die Standorte unter den Photovoltaik-Flächenanlagen?
Nein, ganz im Gegenteil, sagt das Fraunhofer ISE in seinem oben zitierten Paper. Gewöhnlich förderten PV-Freiflächenanlagen demnach die Renaturierung. Nehme man eine Fläche aus der intensiven Landwirtschaft, zum Beispiel aus dem Energiepflanzenanbau, wandle sie in Grünland um und baue darauf eine PV-Freiflächenanlage, dann steige dort die Artenvielfalt (Biodiversität) nachweislich an. An Standorten für PV-FFA werde zudem nicht gedüngt, so dass weniger anspruchsvolle Pflanzen eine Chance bekämen. Die Einzäunung der PV-FFA schütze die Fläche darüber hinaus vor unbefugtem Zutritt und freilaufenden Hunden. Das schütze wiederum Bodenbrüter.
Weitere Verbesserungen können dem Fraunhofer ISE zufolge mit kleinen Anpassungen der PV-Anlage erreicht werden. Vergrößerte Reihenabstände der Modultische, leicht erhöhte Aufständerung der Module, Einsaat von Wildpflanzenmischungen an Stelle von Grasmonokultur und behutsame Grünpflege ließen beispielsweise ein Solar-Biotop entstehen. Die größeren Reihenabstände würden zudem eine größere Modulneigung ermöglichen, mit höheren Stromerträgen im Winterhalbjahr bei höheren Marktwertfaktoren Solarstrom und geringeren Ertragsverlusten infolge etwaiger Verschmutzung und Schneeabdeckung.
Moorböden würden sich in Deutschland Angaben des Bundesamts für Naturschutz zufolge auf 1,4 Millionen ha erstrecken, davon würden etwa 50 Prozent als Grünland und 25 bis 30 Prozent als Acker genutzt. Die Trockenlegung von Moorflächen für die intensive landwirtschaftliche Nutzung führe laut dem Fraunhofer ISE zu einem dramatischen Anstieg ihrer CO2-Emissionen. Alternativ könnten auf bereits genutzten Moorflächen angepasste PV-Kraftwerke mit reduzierter Belegungsdichte einen Flächenertrag ohne intensive Landwirtschaft erbringen. Die teilweise Beschattung von der PV-Anlage wirke der Austrocknung von Moorflächen entgegen beziehungsweise unterstütze es die Wiedervernässung. Auf Basis der landwirtschaftlich genutzten Moorfläche von 1,1 Millionen ha und einer Belegungsdichte von 0,25 bis 0,6 MWP/ha ergäben sich technische Potenziale von 270 bis 660 GWP.
