Die Konkurrenz zwischen landwirtschaftlicher und energetischer Nutzung hat in der Vergangenheit den Einsatz von Photovoltaikanlagen auf Ackerflächen stark eingeschränkt. Eine Pilotanlage am Bodensee macht nun aber begründete Hoffnung, dass es kein „Entweder-Oder“ bei der Flächennutzung geben muss.

Die „Agrophotovoltaik“ (APV) könne durch die ressourceneffiziente Doppelnutzung von landwirtschaftlichen Flächen die Flächenkonkurrenz abmildern und Landwirten neue Einkommensquellen erschließen, heißt es seitens des Fraunhofer Instituts für Solar Energiesysteme (ISE). Seit einem Jahr wird unter Leitung Instituts auf einer Versuchsfläche der Demeter-Hofgemeinschaft Heggelbach die deutschlandweit größte Agrophotovoltaikanlage getestet.

Für das Projekt „Agrophotovoltaik – Ressourceneffiziente Landnutzung“ (APV-Resola) wurden über einer Ackerfläche von einem Drittel Hektar Solarmodule installiert. Nun wurden auf beiden Etagen die ersten Sonnen-Ernten eingefahren. „Die Ergebnisse des ersten Projektjahrs sind ein voller Erfolg, da sich die Agrophotovoltaik-Anlage als praxistauglich erwiesen hat, die Kosten bereits heute mit kleinen Solar-Dachanlagen wettbewerbsfähig sind, die Ernteprodukte ausreichend hoch und wirtschaftlich rentabel vermarktet werden können“, sagt Stephan Schindele, Projektleiter Agrophotovoltaik am Fraunhofer ISE.

Ernteverluste je nach Kultur zwischen 5 und 19 Prozent – Gesamtbilanz durch Solarertrag aber positiv

„Die Agrophotovoltaik (APV) hat das Potenzial, neue Flächen für den dringend benötigten Photovoltaik-Ausbau in Deutschland zu erschließen und gleichzeitig den Flächenkonflikt zwischen Landwirtschaft und Freiflächenanlagen zu mildern“, sagt Andreas Bett, Institutsleiter des Fraunhofer ISE. Bis zur Marktreife der Technologie müssten jedoch noch weitere Sparten und Anlagengrößen getestet und die technische Integration vorangetrieben werden, etwa bei der Speicherung.

Als Testkulturen wurden Winterweizen, Kartoffeln, Sellerie und Kleegras angebaut. Durch einen größeren Reihenabstand zwischen den bifazialen Glas-Glas-Solarmodulen in fünf Meter Höhe und die Ausrichtung nach Südwesten sei sichergestellt, dass die Nutzpflanzen gleichmäßig Sonnenstrahlung erhalten.

Die Ergebnisse der ersten Ernten auf den Versuchsflächen seien „weitestgehend vielversprechend“. Beim Kleegras sei der Ertrag im Vergleich zur Referenzfläche nur um 5,3 Prozent reduziert, berichtet Prof. Petra Högy, Agrarexpertin an der Universität Hohenheim. Bei Kartoffeln, Weizen und Sellerie fallen die Ernteverluste durch die Beschattung mit rund 18 bis 19 Prozent etwas stärker aus.

Vielversprechender Lösungsansatz, um landwirtschaftlichen Mix erneuerbarer Energien zu erweitern

 „Aus agrarwissenschaftlicher Sicht sieht Agrophotovoltaik nach einem vielversprechenden Lösungsansatz aus, um die Landnutzungseffizienz zu erhöhen und den Mix erneuerbarer Energien zu erweitern, die zukünftig aus der Landwirtschaft bereitgestellt werden“, sagt Prof. Iris Lewandowski, Leiterin des Fachgebiets Nachwachsende Rohstoffe und Bioenergiepflanzen an der Universität Hohenheim. Eine schnelle Lösung sehen die Expertinnen allerdings nicht. Es seien noch mehrere Praxisjahre und Untersuchungen mit anderen Kulturen sinnvoll, um eindeutige Aussagen treffen zu können.

Die eingesetzten 720 bi-fazialen Solarmodule gewinnen Sonnenstrom nicht nur auf der Vorderseite, sondern nutzen auch die von der Umgebung reflektierte Strahlung auf der Rückseite. Bei günstigen Bedingungen (z.B. Schneefläche), können sie so bis zu 25 Prozent Mehrertrag erzielen und den Energieertrag der Fläche zusätzlich erhöhen. Aus energetischer Sicht sei diese Doppelnutzung einer Ackerfläche ohnehin deutlich effizienter als der reine Anbau von Energiepflanzen, der in Deutschland gegenwärtig immerhin 18 Prozent der landwirtschaftlichen Flächen ausmacht.

Effizienz-Agrophotovoltaik
Die Doppelnutzung der Fläche steigert die Landnutzungseffizienz um 60 Prozent. (Quelle: Fraunhofer ISE)

Die PV-Anlage verfügt über eine installierte Leistung von 194 kW. In den ersten zwölf Monaten hat die Photovoltaik-Anlage auch dank der verwendeten Technologie 1.266 kWh Strom pro installiertem Kilowatt Leistung geerntet. Dieses Ergebnis liegt ein Drittel über dem deutschlandweiten Durchschnitt von 950 kWh pro Kilowatt.

Stromernte aus PV-Anlage passt gut zu Lastverläufen auf dem Hof

Die Stromernte vom Acker passe in ihrem täglichen Verlauf gut zu den Lastverläufen auf dem Hof, berichtet das Fraunhofer ISE weiter. So wurde etwa 40 Prozent des erzeugten Solarstroms in der Hofgemeinschaft direkt für das Betanken eines Elektrofahrzeugs sowie die Verarbeitung der Produkte genutzt. Im Sommer wurde die Last tagsüber fast komplett durch die Photovoltaik-Anlage beliefert. Die Demeter-Bauern um Thomas Schmid planen, durch eine Optimierung ihres Verbrauchsverhaltens und den Einsatz eines Stromspeichers den Grad der Eigennutzung auf 70 Prozent zu steigern. Den überschüssigen Strom nimmt der Projektpartner Elektrizitätswerke Schönau ab.

Projektziel ist die Entwicklung der APV-Freiflächenanlagentechnologie zu einem marktfähigen Produkt. „Um den für eine Markteinführung notwendigen Nachweis der Funktionstüchtigkeit im Einsatz erbringen zu können, müssen wir weitere techno-ökonomische APV-Anwendungen vergleichen, die Übertragbarkeit in andere Regionen demonstrieren und größere Anlagen realisieren“, sagt Schindele. So sollen die unterschiedlichen Anwendungsmöglichkeiten unter anderem in Kombination mit Obst-, Beeren-, Wein- und Hopfenbau sowie mit Energiespeicher, organischer PV-Folie und solarer Wasseraufbereitung und -verteilung untersucht werden.

Für Markteinführung eine „für erneuerbare Energien typische politische Steuerung notwendig“

Neben Investitionen seitens der Industrie und der Forschungspolitik sei für die erfolgreiche Markteinführung der Agrophotovoltaik auch eine „für erneuerbare Energien typische politische Steuerung notwendig“, so Schindele weiter. Das Fraunhofer ISE und das Wuppertal Institut haben daher bereits 2014 in einer gemeinsamen Stellungnahme mit Unterstützung der Universität Hohenheim vorgeschlagen, Agrophotovoltaik in Ausschreibungen in einer Testphase gesondert zu berücksichtigen.

Seit die Idee der Agrophotovoltaik 1981 vom Gründer des Fraunhofer ISE, Prof. Adolf Goetzberger, formuliert wurde, wurden weltweit mehrere große APV-Anlagen umgesetzt. Allerdings existieren nur wenige APV-Forschungsanlagen. Im Projekt „APV-Resola“ werden erstmalig unter Realbedingungen die wirtschaftlichen, technischen, gesellschaftlichen und ökologischen Aspekte der Technologie an einer Pilotanlage wissenschaftlich untersucht. Das Bundesforschungsministerium (BMBF) und FONA – Forschung für nachhaltige Entwicklung fördern das Projekt.

(Beitragsbild: Hofgemeinschaft Heggelbach)

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