Agri-PV: Doppelter Nutzen und Ertrag durch Verpachten

Das Konzept Agri-PV zur doppelten Nutzung einer Fläche führt zu einem Doppelertrag (Win-Win). Doch die Vorteile, die Agri-PV bringt, sind nicht nur rein wirtschaftlicher Natur. Denn von der Doppelbewirtschaftung profitieren nicht nur der die Fläche bewirtschaftende Landwirt und Energiewirt, ganz gleich, ob diese in einer Person vereint sind oder nicht. Auch der Fläche selbst, den dort lebenden Arten und dem lokalen Klima bringt eine große Solarstromanlage (Photovoltaik-Anlage, PV-Anlage) Vorteile. Welche genau das sind, erklären wir Ihnen jetzt.

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Doch bevor wir Ihnen gleich ausführlich die Vorteile von Agri-PV für alle Beteiligten vorstellen, machen wir Sie mit den wichtigsten Begriffen zum Thema bekannt. Denn nur mit diesen im Hinterkopf können Sie die Vorteile von Agri-PV verstehen und bewerten.

Was ist Agri-PV?

Agri-Photovoltaik, kurz Agri-PV, ist ein innovatives Konzept zum doppelten Bewirtschaften einer Fläche. Es kombiniert ein landwirtschaftliches Bewirtschaften („agri“) mit einem energiewirtschaftlichen („Photovoltaik“).

Das heißt, dass die Fläche, auf der Agri-PV betrieben wird, zwei unterschiedliche Erträge einbringt:

1. Einen landwirtschaftlichen Ertrag, der aus der landwirtschaftlichen Flächennutzung resultiert: Entweder werden dort Nahrungs- oder Futtermittel angebaut. Oder die Fläche wird als Weidefläche für Weidetiere genutzt.
2. Einen energiewirtschaftlichen Ertrag (hier: Solarertrag), der aus der energiewirtschaftlichen Flächennutzung resultiert: Mit der auf der Fläche installierten Solaranlage, sogenannte Freiflächenanlage (FFA), wird erneuerbarer Solarstrom erzeugt.

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Was ist Photovoltaik (PV)?

Photovoltaik ist eine Technologie, mit der sich Sonnenenergie (Solarstrahlung) in nutzbare elektrische Energie (Elektrizität, Strom) umwandeln lässt.

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Was ist eine Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage)?

Eine Photovoltaik-Anlage ist die Technik zur Technologie Photovoltaik (siehe oben). Die Anlage besteht aus verschiedenen Komponenten, die zusammenarbeiten, um Sonnenenergie in Strom umzuwandeln.

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Was sind die Komponenten einer PV-Anlage?

Die wichtigsten Komponenten der Photovoltaik-Anlage sind:

- Solarmodule: Solarmodule sind das Herzstück einer Photovoltaik-Anlage. Sie bestehen aus einer Vielzahl von Solarzellen, die aus Halbleitermaterialien wie Silizium gefertigt sind. Wenn Sonnenlicht auf die Solarzellen trifft, entsteht dank des photovoltaischen Effekts eine elektrische Spannung, die dazu führt, dass Gleichstrom (DC) erzeugt wird.

- Montagesystem: Das Montagesystem, auch Unterkonstruktion, Aufständerung oder Tragegestell genannt, dient dazu, die Solarmodule auf dem Boden zu befestigen und optimal, also ertragsmaximierend, gen Sonne auszurichten. Die Montagesysteme können aus Aluminium, Edelstahl oder anderen Materialien bestehen und sind so konstruiert, dass sie die Solarmodule sicher und stabil halten. Man unterscheidet statische und flexible Unterkonstruktionen:

• Bei einer statischen Unterkonstruktion richtet man die Solarmodule so gen Sonne aus, dass sie übers Jahr hinweg einen maximalen Solarertrag einfahren.
• Auf sogenannten nachführenden Tragekonstruktionen, die auch als Solar-Nachführungssysteme oder Solartracker bezeichnet werden, sind die Module dagegen nicht statisch, sondern flexibel montiert. Sie werden dem täglichen Lauf der Sonne automatisch nachgeführt. So ist der Einfallswinkel des Sonnenlichts auf die Module über den ganzen Tag hinweg optimal – und ertragsmaximierend. Solartracker können einachsige oder zweiachsige Systeme sein:
• Einachsige Solartracker: Diese Systeme drehen die Solarmodule um eine Achse, die entweder horizontal oder vertikal ausgerichtet ist. Bei horizontalen Trackern folgen die Module der Sonne von Osten nach Westen, während bei vertikalen Trackern die Module der Sonne von Norden nach Süden folgen. Einachsige Tracker sind in der Regel einfacher aufgebaut und kostengünstiger als zweiachsige Tracker, bieten jedoch eine geringere Leistungssteigerung.

- Zweiachsige Solartracker: Diese Systeme können die Solarmodule sowohl horizontal als auch vertikal nachführen, wodurch eine noch präzisere Ausrichtung zur Sonne ermöglicht wird. Zweiachsige Tracker sind komplexer in der Konstruktion und in der Regel teurer als einachsige Tracker, bieten jedoch eine höhere Leistungssteigerung.

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Wichtig: Solar-Nachführungssysteme bieten im Vergleich zu feststehenden Photovoltaik-Anlagen eine höhere Energieausbeute, da sie die Solarmodule während des gesamten Tages optimal zur Sonne ausrichten. Allerdings sind sie auch mit höheren Investitions- und Wartungskosten verbunden, da sie zusätzliche mechanische Komponenten und Steuerungssysteme erfordern. Bei der Entscheidung für oder gegen ein Solar-Nachführungssystem müssen Sie daher die potenziellen Leistungssteigerungen gegen die zusätzlichen Kosten abwägen.

• Wechselrichter: Der Wechselrichter ist ein wichtiges elektronisches Gerät, das den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umwandelt, den Sie im Haushalt verwenden können oder der im Stromnetz verwendet werden kann. Wechselrichter können zentral für die gesamte Anlage oder als sogenannte Mikro-Wechselrichter für einzelne Module zum Einsatz kommen.

• Unterverteilung und Sicherheitseinrichtungen: Die Unterverteilung verbindet die Photovoltaik-Anlage mit dem elektrischen System des Gebäudes oder des Stromnetzes. Sicherheitseinrichtungen wie Sicherungen, Leistungsschalter und Überspannungsschutz sind ebenfalls wichtige Komponenten einer Solarstromanlage, um deren sicheren Betrieb zu gewährleisten.

• Verkabelung: Die Verkabelung verbindet alle Komponenten der Photovoltaik-Anlage miteinander und ermöglicht den Transport des elektrischen Stroms. Es gibt spezielle Solar- oder PV-Kabel, die extra für den Einsatz in Solarstromanlagen entwickelt wurden und hohen Temperaturen und verschiedenen Witterungsbedingungen standhalten.

• Mess- und Überwachungssysteme: Mess- und Überwachungssysteme sind optional, können aber sehr nützlich sein, um die Leistung und den Ertrag einer Photovoltaik-Anlage zu überwachen. Sie können Informationen über die erzeugte Energie, den Stromverbrauch und den Zustand der Anlage liefern und ermöglichen es dem Anlagenbetreiber, auf Probleme zeitnah zu reagieren.

• Batteriespeichersystem (optional): Ein Batteriespeichersystem, auch nur Batteriespeicher genannt, kann verwendet werden, um den überschüssigen Solarstrom zu speichern, der während der Tagesstunden erzeugt wird. So lässt sich der selbst erzeugte Solarstrom auch in Zeiten ohne Sonneneinstrahlung, wie nachts, nutzen. Der Speicher erhöht somit den Eigenverbrauchsanteil der Anlage.

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Man unterscheidet Photovoltaik-Anlagen nach dem Ort, wo sie installiert werden

• in Gebäudeanlagen (mit Montagemöglichkeiten auf dem/im Gebäudedach oder an/in der Fassade)
• und in freistehende Anlagen, die auf Freiflächen, zum Beispiel auf Randstreifen entlang von Straßen und Schienenwegen, auf landwirtschaftlichen Nutzflächen, auf Gewässern (Floating-PV) oder auf Mooren (Moor-PV) aufgestellt werden.

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Was sind die Vorteile von freistehenden PV-Anlagen?

Die Vorteile von PV-Freiflächenanlagen sind diese:

• Größere Kapazität: Im Vergleich zu selbst großen Dachanlagen auf Industrie- oder Gewerbedächern ermöglichen Freiflächenanlagen in der Regel den Einsatz von mehr Solarmodulen, was einen höheren Solarertrag bringt.

• Flexibilität bei der Installation: Freiflächenanlagen bieten mehr Flexibilität bei der Anordnung der Solarmodule, da sie nicht von der baulichen Struktur eines Gebäudes oder dessen Ausrichtung gen Sonne eingeschränkt sind. Auch diese Flexibilität bewirkt somit eine höhere Energieausbeute.

• Bessere Kühlung: Da Solarmodule auf Freiflächen besser gekühlt werden, haben sie in der Regel eine höhere Effizienz und eine längere Lebensdauer als Dachmodule.

• Einfachere Wartung: Die Wartung und Reinigung von PV-Freiflächenanlagen ist im Allgemeinen einfacher, da sie besser zugänglich sind als Dachanlagen.

• Potenzielle Doppelnutzung: Die Flächen unter den Solarmodulen lassen sich weiterhin nutzen, zum Beispiel für landwirtschaftliche Zwecke (Agri-PV).

Was ist eine Agri-PV-Anlage?

Eine Agri-PV-Anlage ist eine Freiflächenanlage, die auf einer Fläche installiert wird, die sich parallel zur energiewirtschaftlichen Bewirtschaftung auch immer noch landwirtschaftlich nutzen lässt. Dazu wird die Anlagentechnik entsprechend „agri-freundlich“ aufgebaut.

Wie unterscheiden sich herkömmliche Solarparks im Aufbau von Agri-PV-Anlagen?

Bei herkömmlichen Solarparks ist der Solarertrag der Fläche der Ertrag, der maximiert werden soll. Entsprechend wird die Anlage aufgestellt. Bei Agri-PV-Solarparks sollen beide Ertragsformen – landwirtschaftlicher Ertrag und energiewirtschaftlicher Ertrag – möglichst hoch ausfallen. Das erfordert Kompromisse auf der Fläche. So werden die Solarmodule bei Agri-PV zwar meist auch reihenweise aufgestellt, allerdings mit einem so großen Abstand, dass zwischen den Reihen ausreichend Platz ist für landwirtschaftliches Gerät, mit dem die Fläche unter den Modulen und gegebenenfalls zwischen den Reihen bearbeitet wird. Zudem werden die Solarmodule bei Agri-PV oft höher aufgestellt als bei herkömmlicher Freiflächen-PV, damit darunter Platz für den Anbau von Nahrungs- oder Futtermitteln oder fürs Beweiden mit Schafen, Ziegen, Geflügel oder Bienen ist.

Damit haben Sie das wichtigste Hintergrundwissen rund um Agri-Photovoltaik. Kommen wir also zu den eingangs versprochenen Vorteilen des Doppelnutzungskonzepts für Flächen:

Das sind die Vorteile der Agri-PV!

Noch eins muss klargestellt werden, bevor wir die Agri-PV-Vorteile auflisten:

Agri-PV ist ein Kompromiss – mit Vorteilen!

Mit einer Agri-PV-Anlage weicht der jeweilige Ertrag der beiden Bewirtschaftungsoptionen der Fläche vom Maximalwert ab. Der Grund: Sie können die Fläche – gemessen an ihrer Landnutzungsrate –

• weder zu 100 Prozent landwirtschaftlich
• noch zu 100 Prozent energiewirtschaftlich bewirtschaften.

Die Abstriche, die Sie bei den Erträgen machen müssen, ergeben sich aus der Kombination beider Bewirtschaftungsformen. Sie sind nicht vernachlässigbar, aber auch nicht so groß, dass sich Agri-PV unterm Strich nicht lohnt.

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Vorteil 1: Agri-PV steigert die Landnutzungsrate‍

Eine spannende Maßzahl in diesem Zusammenhang ist die sogenannte Landnutzungsrate (LNR). Sie helfe dabei, die Doppelnutzung darzustellen, gleichwohl sie keine ökonomische Maßzahl ist, sondern laut dem Technologie- und Förderzentrum im Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe (TFZ) ein theoretischer Wert für die Flächeneffizienz sei.  Demnach eigne sie sich nicht zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit von Agri-PV.

In seinem Bericht 73 rechnet das TFZ an einem konkreten Agri-PV-Beispiel vor, welche LNR sich ergibt:

Ohne Agri-PV

Im Beispiel stehen zwei Hektar (ha) Land zur Verfügung, wobei ein ha für den Anbau von Speisekartoffeln und der andere ha für die Installation einer PV-FFA genutzt wird.

• 100 Prozent Kartoffeln: In Bayern betrage der durchschnittliche Ertrag für Speisekartoffeln 412,5 Dezitonnen (dt) pro ha.
• 100 Prozent Solarstrom: Eine PV-Anlage mit einer Leistung von 714 KilowattPeak (kWp) könne in diesem Beispiel installiert werden und habe einen jährlichen Solarstromertrag von etwa 838 Megawattstunden (MWh).

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Mit Agri-PV

Alternativ könne auf einem ha eine Agri-PV-Anlage errichtet werden, die beide Produktionsformen kombiniere: Im Beispiel wird angenommen, dass die landwirtschaftlichen Erträge aufgrund der Verschattung von der Anlage um 3,5 Prozent abnehmen. Zudem wird davon ausgegangen, dass der Kartoffelertrag sich wegen der um 15 Prozent verringerten Anbaufläche – für die Modulerrichtung und ein Trafohaus – verringere.

• 85 Prozent Kartoffeln
• 45 Prozent Solarstrom

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Die Agri-PV-Anlage produziere demzufolge zusätzlich zu dem 85-Prozent-Kartoffelertrag auf einem Hektar einen Stromertrag von etwa 382 MWh.

Die errechnete LNR für das Beispiel beträgt demzufolge 132 Prozent, was eine Steigerung von 32 Prozent gegenüber der getrennten Erzeugung von Kartoffeln und einer PV-FFA auf zwei Flächen bedeutet. Die Fläche neben der Agri-PV-Anlage kann für verschiedene Nutzungsarten verwendet werden.

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Vorteil 2: Agri-PV erwirtschaftet erneuerbaren Stromertrag!

Jede Wattstunde Strom aus Photovoltaik ist ein Schritt in Richtung Energiewende. Denn jede Wattstunde Solarstrom ersetzt eine Wattstunde fossil erzeugten Strom. Der Solarstrom ist erneuerbar und umweltfreundlich. Nicht zu vergessen: Die Sonne, als Energiequelle, liefert ihre Strahlung gratis an.

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Vorteil 3: Agri-PV erzeugt Nahrungsmittel, Futtermittel oder bietet Weideland!

Die Fläche unter der PV-Anlage lässt sich nach wie vor landwirtschaftlich nutzen.

Vorteil 4: Agri-PV erhöht die Resilienz der Landwirte

Agri-PV schaffe dem TFZ zufolge einerseits eine sichere Einkommensquelle für Landwirte und stelle eine Diversifizierung im Einkommen dar. Die Agri-PV biete demnach die Möglichkeit, trotz

• schwankender Preise für landwirtschaftliche Erzeugnisse auf den globalen Agrarmärkten
• und bedrohten Ernten wegen Wetterextremen

weiterhin Landwirtschaft zu betreiben und gleichzeitig Strom zu erzeugen, bei dem die Einspeisevergütung nach dem EEG für zwanzig Jahre garantiert werde. Somit sei dieses Einkommen für den Landwirt verlässlich und könne ihn in Zeiten schlechter Agrarerlöse, sei es durch Ernteausfälle oder niedrige Absatzpreise, monetär unterstützen.

Somit bekämen die Landwirte mit Agri-PV Zugang zur Energiewende, ohne dass ihnen dabei die Möglichkeit genommen werde, ihre Felder weiter zu bestellen.

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Vorteil 5: Agri-PV schützt Kulturen vor Starkregen, Hagel und Sonnenbrand

Zum anderen könnten vor allem hoch aufgeständerte Agri-PV-Anlagen die unter ihnen gedeihenden Kulturen vor extremen Wetterereignissen wie Hagel oder zu starker Sonneneinstrahlung schützen. So könnten Agri-PV-Anlagen herkömmliche Schutzvorrichtungen ersetzen oder zusätzliche schaffen. Solche Schutzvorrichtungen würden demnach typischerweise in mehrjährigen Sonderkulturen eingesetzt, beispielsweise beim Anbau von Himbeeren. Die fest installierten PV-Module böten im Vergleich zu herkömmlichen Anwendungen wie Hagelnetzen oder Folientunneln den Vorteil, dass sie wesentlich robuster seien und dank ihrer längeren Lebensdauer längerfristig installiert werden könnten. Vertikal aufgestellte Module könnten auch als Windbrecher dienen.

Dazu müssen Sie wissen, dass das Pflanzenwachstum nicht weiter gefördert wird, wenn die Sonneneinstrahlung den Lichtsättigungspunkt überschreitet. Extra UV-Strahlung könne laut dem TFZ das Wachstum sogar hemmen. Eine gewisse Verschattung sei demnach für die darunter angebauten Pflanzen unter bestimmten Voraussetzungen sogar von Vorteil, da sie die Feldfrüchte vor zu hoher UV-Einstrahlung schütze und so Verbrennungen der Pflanzen vorbeuge.

Vorteil 6: Agri-PV wirkt Flächenkonkurrenz entgegen

Weil Flächenkonkurrenz herrscht, ist Agri-PV ein Weg, dieser entgegen zu wirken. Denn wenn sich Landwirtschaft und Energiewirtschaft die Fläche teilen, sind sie nicht mehr als Konkurrenten auf der Fläche, sondern als Teamplayer.

Vorteil 7: Agri-PV bremst Verdunstung auf der Fläche

Mit fortschreitendem Klimawandel macht Trockenheit den Landwirten sehr zu schaffen. Der Begriff Dürre ist mittlerweile auch in Deutschland alltäglich. Auch hier könne Agri-PV einen wichtigen Beitrag leisten. Denn die Module beschatten die darunterliegenden Flächen gleichmäßig und verringern somit die dort auftreffende Sonneneinstrahlung. Damit werde die Verdunstung gebremst. Laut einer Studie in Salat- und Gurkenkulturen um 14 bis 29 Prozent. Damit sinke der Wasserbedarf.

Vorteil 8: Agri-PV speichert Niederschlagswasser

Bringe man bei PV-Anlagen an der Wasserablaufkante der Module extra Rinnen an, die das Regenwasser sammeln und über ein Leitungssystem zu einem Speicher weiterleiten., könne das gesammelte Wasser in Trockenperioden für die Bewässerung der Kulturen verwendet werden.

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Vorteil 9: Agri-PV steigert Biodiversität (Artenvielfalt)

Erwiesenermaßen erhalte oder steigere Agri-PV die Artenvielfalt am Standort und bestenfalls sogar drumherum. Mehr dazu lesen Sie hier: „Biodiversität fördern – kein Problem mit einem Solarpark“.

Das sind die Nachteile von Agri-PV

Den vorgeschriebenen Vorteilen von Agri-PV stehen folgende Nachteile gegenüber:

1. Die Einkommen aus „Agri“ und „PV“ sind sehr unterschiedlich. Das TFZ rechnet in seinem oben verlinkten Bericht Beispiele vor, wo „Agri“ etwas mehr als 1.000 Euro pro ha und Jahr erziele, während „PV“ auf das 20- bis 30-Fache komme. Ein Landwirt frage sich demnach berechtigterweise, warum er weiter Landwirtschaft auf dieser Fläche betreiben sollte, wenn damit die maximale installierte PV-Leistung auf der Fläche und mit ihr der Stromertrag auf etwa die Hälfte sinke.
2. Geringere Erlöse bei höheren Investitionskosten: Agri-PV-Anlagen sind deutlich teurer als herkömmliche Solarparks. Trotzdem seien die Stromerlöse auf der gleichen Fläche wegen der höheren Reihenabstände und geringerer installierter Leistung deutlich niedriger als im Fall herkömmlicher PV-FFA. Gleichzeitig sei die landwirtschaftliche Bearbeitung im Vergleich zu einem Feld ohne Agri-PV erschwert. Da somit bei tendenziell erhöhten Investitionskosten geringere Stromerträge und eine erschwerte Bearbeitung der Anbauflächen zu erwarten sind, stellt die Agri-PV für den Landwirt bei klassischem Marktfrucht- oder Futterbau zunächst keine erstrebenswerte Anlagenform dar.
3. Wegen der landwirtschaftlichen Bewirtschaftung der Fläche verschmutzen die Solarmodule einer Agri-PV-Anlage stärker als die eines herkömmlichen Solarparks. Sie zu reinigen, bedeutet Mehraufwand und Mehrkosten.
4. PV-Technik ist sensibel und teuer. Wegen der landwirtschaftlichen Bewirtschaftung besteht bei Agri-PV ein höheres Risiko für Schäden an der Anlage als bei herkömmlichen Solarparks.