Agro-Photovoltaik steigert die Landnutzungseffizienz um über 60 Prozent

Bislang galt für Ackerflächen: entweder Photovoltaik oder Photosynthese, also Stromerzeugung oder Nahrungsmittelproduktion. Eine Pilotanlage des Fraunhofer ISE zeigt, dass beides sehr gut miteinander vereinbar ist.

Agrophotovoltaik-Pilotanlage auf dem Gelände der Demeter-Hofgemeinschaft in Heggelbach.

Foto: Fraunhofer ISE

Seit einem Jahr wird unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE auf einer Versuchsfläche der Demeter-Hofgemeinschaft Heggelbach am Bodensee die deutschlandweit größte Agro-Photovoltaik-Anlage getestet. Die jetzt erzielten Ergebnisse der ersten Ernten auf den Versuchsflächen sind dem Institut zufolge vielversprechend: Bei Kleegras ist der Ertrag im Vergleich zur Referenzfläche nur leicht um etwa fünf Prozent reduziert, bei Kartoffeln, Weizen und Sellerie sind die Ernteverluste durch die Beschattung mit rund 18 bis 19 Prozent stärker. Es seien aber noch mehrere Praxisjahre und Untersuchungen mit anderen Kulturen sinnvoll, um eindeutige Aussagen treffen zu können.

Den Verlusten auf Seiten des Ernteertrages stehen Gewinne beim Stromertrag gegenüber. Mit der auf der Testanlage installierten Photovoltaik-Leistung von 194 Kilowatt könnten 62 Vier-Personen- Haushalte versorgt werden, sagen die Forscher. In den ersten zwölf Monaten sind demnach 1.266 Kilowattstunden Solarstrom pro installiertem Kilowatt Leistung geerntet worden – ein Drittel mehr als der deutschlandweite Durchschnitt von 950 Kilowattstunden pro Kilowatt. Durch die Doppelnutzung des Flächen auf zwei Etagen steigerte sich die Landnutzungseffizienz um 60 Prozent.

„Die Ergebnisse des ersten Projektjahrs sind ein voller Erfolg, da sich die Agro-Photovoltaik-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.

Fraunhofer ISE

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Für das Projekt „Agrophotovoltaik – Ressourceneffiziente Landnutzung“ (APV-Resola) wurden auf einem Drittel Hektar Ackerland Solarmodule installiert. Die Agro-Photovoltaik (APV) soll durch Doppelnutzung von landwirtschaftlichen Flächen die Flächenkonkurrenz abmildern, sie erschließt außerdem Landwirten neue Einkommensquellen. (Unter anderem über die bürokratischen und politischen Hindernisse gegenüber der Doppelnutzung landwirtschaftlicher Flächen hat pv magazine bereits ausführlich in der September-Ausgabe berichtet.)

Andreas Bett, Institutsleiter des Fraunhofer ISE, betont das Potenzial der APV hinsichtlich neuer Flächen für den dringend benötigten Photovoltaik-Ausbau in Deutschland. „Bis zur Marktreife der Technologie müssen jedoch noch weitere Sparten und Anlagengrößen getestet und die technische Integration vorangetrieben werden, zum Beispiel bei der Speicherung“, sagt Bett.

Durch einen größeren Reihenabstand zwischen den 720 bifazialen Glas-Glas-Solarmodulen in fünf Meter Höhe und die Ausrichtung nach Südwesten stellten die Forscher sicher, dass die Nutzpflanzen gleichmäßig Sonnenstrahlung erhalten. Die Module gewinnen Sonnenstrom nicht nur auf der Vorderseite, sondern nutzen auch die von der Umgebung reflektierte Strahlung auf der Rückseite. Bei günstigen Bedingungen – etwa Schneeflächen – können sie so den Energieertrag der Fläche um bis zu 25 Prozent erhöhen. Aus energetischer Sicht ist die Doppelnutzung einer Ackerfläche effizienter als der reine Anbau von Energiepflanzen, der in Deutschland immerhin 18 Prozent der landwirtschaftlichen Flächen ausmacht.

Die Stromernte vom Acker passt in ihrem täglichen Verlauf gut zu den Lastverläufen auf dem Hof. So wurde etwa 40 Prozent des erzeugten Solarstroms in der Hofgemeinschaft direkt für das Betanken des Elektrofahrzeugs sowie die Verarbeitung der Produkte genutzt. Im Sommer wurde die Last tagsüber fast komplett durch die Photovoltaik-Anlage beliefert. Die Demeter-Bauern wollen künftig ihr Verbrauchsverhalten weiter optimieren und mit Hilfe eines Stromspeichers die Eigennutzung auf 70 Prozent steigern.

Im Projekt „APV-Resola“ werden nach Angaben des Fraunhofer ISE erstmalig unter Realbedingungen die wirtschaftlichen, technischen, gesellschaftlichen und ökologischen Aspekte der Agrophotovoltaik an einer Pilotanlage wissenschaftlich untersucht, gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und der FONA-Forschung für nachhaltige Entwicklung. Ziel 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 Projektleiter Stephan Schindele. So sollen die unterschiedlichen Anwendungsmöglichkeiten u.a. in Kombination mit Obst-, Beeren-, Wein- und Hopfenbau sowie mit Energiespeicher, organischer PV-Folie und solarer Wasseraufbereitung und -verteilung untersucht werden. Von der Politik erhofft sich Schindele „eine für erneuerbare Energien typische politische Steuerung“. Bereits 2014 hat das Fraunhofer ISE gemeinsam mit dem Wuppertal Institut und der Universität Hohenheim vorgeschlagen, Agrophotovoltaik in Ausschreibungen in einer Testphase gesondert zu berücksichtigen.