Eine Forschungsgruppe unter der Leitung der Universität für Bodenkultur Wien führte eine techno-ökonomische Analyse des Potenzials der Agri-Photovoltaik-Anlagen des Landes durch, wobei sie Rentabilitätsbewertungen sowohl für die Solarstromerzeugung als auch für die landwirtschaftliche Produktion kombinierte.
„Unsere Arbeit stellt unseres Wissens nach den ersten integrierten Rahmen dar, der die Simulation sowohl der PV-Stromerzeugung als auch der landwirtschaftlichen Produktion für Agri-Photovoltaik-Systeme auf Landesebene kombiniert, einschließlich der Auswirkungen des Klimawandels“, erklärte die korrespondierende Autorin Isabelle Grabner gegenüber pv magazine. „In unserer Forschung untersuchten wir die Rückgänge in der Pflanzenproduktion in Österreich aufgrund des Ausbaus der Solar-PV auf landwirtschaftlichen Flächen.“
„Wir haben den aggressiven Ausbau von Agri-Photovoltaik mit typischen Freiflächen-PV-Anlagen verglichen, die zur Erreichung der Klimaneutralitätsziele erforderlich sind“, fügte Grabner hinzu. „Darüber hinaus haben wir begrenzte Auswirkungen der Agri-Photovoltaik auf die Anpassung an den Klimawandel aufgezeigt, wobei diese Ergebnisse jedoch stark von den gewählten Kulturpflanzen sowie von länderspezifischen Gegebenheiten abhängen.“
Zur Durchführung der Analyse nutzte das Team einen modularen Simulationsrahmen, wobei es, soweit verfügbar, etablierte Software einsetzte und bei Bedarf neue Lösungen entwickelte. Das Framework ist online unter der GPL-Lizenz verfügbar. Unter Verwendung von EU-Daten aus dem politikintegrierten Klimamodell (EPIC) klassifizierten die Forscher zunächst für die Agri-Photovoltaik geeignete Flächen. Dabei untersuchten sie Flächen mit Eigenschaften wie einer Mindestfläche an zusammenhängendem Ackerland von einem Hektar, einer maximalen durchschnittlichen Neigung von 20 Grad und einer maximalen Höhe von 1.950 Metern über dem Meeresspiegel.
Die Stromerzeugung wurde mit PVlib simuliert, wobei Daten zur globalen horizontalen Sonneneinstrahlung (GHI) aus einer Klimasimulation auf einem Raster mit einer Auflösung von einem Kilometer verwendet wurden. EPIC wurde eingesetzt, um wichtige Umweltprozesse und das Pflanzenwachstum auf Parzellenebene zu modellieren, mit täglichen Zeitschritten und einer räumlichen Auflösung von einem Quadratkilometer. Die Szenarien berücksichtigten Wechselwirkungen zwischen Umweltbedingungen und Bewirtschaftungspraktiken, einschließlich Fruchtfolgen, für Kulturen wie Erbsen, Sojabohnen, Kartoffeln, Luzerne, Sommergerste und Hafer.
Die Klimadaten basierten auf Beobachtungen aus den Jahren 1981–2020 und Prognosen für den Zeitraum 2031–2070. Es wurden zwei Basisszenarien getestet: landwirtschaftliche Produktion ohne PV-Anlage und bodenmontierte PV-Anlage ohne Landwirtschaft. Die Agri-Photovoltaik-Szenarien umfassten überkopf-gestützte Systeme, nach Süden ausgerichtet mit einer Installationshöhe von etwa zehn Metern, sowie vertikale bifaziale Systeme mit einem Reihenabstand von zehn Metern und zwei vertikal gestapelten bifazialen Modulen. Jedes System wurde unter niedrigen, mittleren und hohen Kostenszenarien bewertet.
Die Analyse ergab, dass in Österreich bodenmontierte PV-Anlagen 1.173 Megawattstunden pro Hektar, Agri-Photovoltaik-Stelzsysteme 684 Megawattstunden pro Hektar und vertikale Agri-Photovoltaik-Systeme 373 Megawattstunden pro Hektar erzeugen. Die Gewinnverhältnisse im Vergleich zur reinen landwirtschaftlichen Produktion lagen bei vertikalen Systemen zwischen 10:1 und 50:1, bei Stelzsystemen bei bis zu 60:1 und bei bodenmontierten PV-Anlagen bei bis zu 100:1.
„Um eine Stromerzeugung von 90 Terawattstunden im Jahr durch Solar-PV auf Ackerland zu erreichen – eine Obergrenze in allen Klimaneutralitätsszenarien –, sind 5 bis 16 Prozent der gesamten Anbaufläche erforderlich“, schlussfolgerte das Team. „Die benötigten Flächen und die simulierte Ertragsminderung deuten darauf hin, dass der Verlust an österreichischer Pflanzenproduktion 2 bis 6 Prozent betragen würde. Nur Agri-Photovoltaik-Anlagen können Produktionsverluste am unteren Ende des beobachteten Bereichs erreichen. Die Auswirkungen von Agri-Photovoltaik-Anlagen auf die Anpassung an den Klimawandel sind gering.“
Die Forschungsergebnisse sind in „The techno-economic potentials of agrivoltaic installations in Austria“ verfügbar, veröffentlicht im Fachjournal Renewable Energy. An der Studie haben Forscher der österreichischen BOKU und des Bundesinstituts für Agrarökonomie mitgewirkt.
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