Agrivoltaismus: Ein Gewinn

Ist Agrivoltaismus ein Win-Win-System? Die Installation von Solarpaneelen auf landwirtschaftlichen Nutzpflanzen durch das Agri-PV-System bietet viele Vorteile, führt aber auch zu vielen Kontroversen.

Die Gemeinschaftspolitik sieht eine klare und tatsächliche Koordinierung von Energiepflanzen und Nahrungsmittelpflanzen vor, sodass jedes Land den Zweck der angemessenen Landnutzung festlegen kann, um einen nachhaltigen Gewinn für beide Teile – Nahrung und Energie – zu erzielen.

Erneuerbare Energiequellen haben für die Europäische Union Priorität, insbesondere vor dem Hintergrund der klimatischen Herausforderungen. Die Energieerzeugung war noch nie so wichtig für die strategische Autonomie Europas, glaubt Thierry Breton, Kommissar für den Binnenmarkt der Europäischen Union.

Agrivoltaismus ermöglicht es, landwirtschaftliche Flächen zu behalten und die Landflächen für die Entwicklung erneuerbarer Energien zu nutzen. Auch die Bedeutung von Photovoltaikmodulen für die CO2-Neutralitätspolitik bis 2050 sollte nicht vernachlässigt werden, da sie die Klima- und Industrieambitionen der Europäischen Union in Einklang bringen.

Solarenergie auf landwirtschaftlichen Flächen auf europäischer Ebene

Derzeit ist Solarenergie eine sehr wichtige Quelle erneuerbarer und nachhaltiger Energie, die durch eine sich ständig weiterentwickelnde Technologiepalette genutzt wird. Die Zelle, aus der vor fünf Jahren beispielsweise Module hergestellt wurden, wird heute nicht mehr verwendet. Daher sind ständige Innovationen erforderlich.

Am CEA-Liten-Institut (Französische Kommission für alternative Energien und Atomenergie), dem ersten europäischen Forschungszentrum, das sich ausschließlich der Energiewende widmet, wird ein Beitrag zur Entwicklung von Zellen der neuen Generation mit einem viel höheren Wirkungsgrad als den auf dem Markt verfügbaren Zellen geleistet der laufende Markt. Der Massenmarkt bietet derzeit Wirkungsgrade zwischen 22 und 23 % für die Umwandlung von Sonnenlicht in Strom an. Es wird an einer Generation gearbeitet, die einen Wirkungsgrad von 25 % erreichen könnte, während gleichzeitig die nächste Generation vorbereitet wird, die voraussichtlich einen Wirkungsgrad von über 30 % erreichen wird. Dies ist als Tandemzellen-Ansatz bekannt, bei dem zwei Arten von Materialien kombiniert werden, von denen eines auf Silizium basiert und das andere organisch ist. Europäische Wissenschaftler arbeiten außerdem an einem neuen PV-Modulprojekt, das für Wüstenumgebungen geeignet ist, sowie an anderen Forschungs- und Innovationsprojekten im Rahmen des Rahmenprogramms Horizon Europe.

Verbesserung der PV-Zellen

Aufgrund der zunehmenden Besorgnis über die Auswirkungen der auf fossilen Brennstoffen basierenden Energie auf die globale Erwärmung und den Klimawandel hat sich die Photovoltaikzellentechnologie in den letzten Jahren als nachhaltige Energiequelle erheblich weiterentwickelt.

Bisher wurden Photovoltaikzellen in vier Generationen aufgeteilt, wobei die ersten beiden Generationen den größten Teil des aktuellen Marktes ausmachen.

Die erste Generation der Dünnschichttechnologien basiert auf monokristallinen oder polykristallinen Silizium- und Galliumarsenidzellen und umfasst bekannte Technologien mit mittleren oder niedrigen Kosten und moderaten Erträgen, während die zweite Generation Geräte mit geringerer Effizienz und geringeren Herstellungskosten umfasst.

Die dritte Generation basiert auf neuartigen Materialien und verfügt über vielfältige Designoptionen sowie teure, aber hocheffiziente Zellen. Die vierte Generation, auch bekannt als „Anorganics-in-Organics“, kombiniert jedoch die geringen Kosten und Flexibilität von Polymerdünnfilmen mit der Haltbarkeit innovativer anorganischer Nanostrukturen (Metallnanopartikel oder Metalloxide) in Nanomaterialien auf organischer Basis (Materialien für Photovoltaik: Überblick, Generationen, jüngste Fortschritte und Zukunftsaussichten von Muhammad Aamir Iqbal, Maria Malik, Wajeehah Shahid, Syed Zaheer Ud Din, Nadia Anwar, Mujtaba Ikram und Faryal Idrees/20. Januar 2022).

PV-Zellen der dritten Generation

Diese organischen Halbleiter oder farbstoffsensibilisierten Solarzellen könnten insofern interessant sein, als sie zur Stromerzeugung außerhalb der Spektralbereiche beitragen könnten, die für die Photosynthese von Pflanzen erforderlich sind (insbesondere die roten und blauen Spektralbänder des sichtbaren Spektrums). Sie könnten als fotoselektive Cover betrachtet werden.

Diese Zellen könnten sich besonders für bestehende Infrastrukturen wie Gewächshäuser eignen, wo sie beispielsweise an der Wand befestigt werden könnten. Trotz der vielversprechenden Eigenschaften hinsichtlich Flexibilität, Helligkeit, Farbvielfalt, Transparenzgrad und Umweltkosten sind diese Technologien noch nicht stabil oder effizient genug, um Solarenergie in Strom umzuwandeln.

Konzentratorzellen

Die Technologie lumineszierender Solarkonzentratoren (wie sie von der Schweizer Firma Insolight entwickelt wurden) zielt darauf ab, einen Lichtstrahl mithilfe optischer Linsen auf einen bestimmten Punkt einer Photovoltaikzelle zu fokussieren, um seine Intensität zu maximieren. Das Interesse dieser Konzentratorzellen würde auch in ihrer Fähigkeit liegen, direktes Licht von diffusem Licht zu trennen (letzteres könnte auf Pflanzen übertragen werden).

Die Zellen könnten der Sonne folgen, indem sie sich pro Tag einige Millimeter horizontal bewegen, um die Zellen auf die Komponente des Lichtstrahls auszurichten. Diese Technologien befinden sich noch im Entwicklungsstadium, sind relativ teuer und aufgrund der Präzision, die beim Bewegen der Zellen erforderlich ist, um die Ausrichtung am Lichtstrahl sicherzustellen, relativ schwierig zu implementieren.

Die erste Agri-PV-Pilotanlage von Insolight in Frankreich ist fertiggestellt. Das Pilotprojekt verwendet die dynamische Agri-PV-Lösung Insolagrin für Erdbeeren. Das Projekt wurde in Zusammenarbeit mit Amarenco und Invenio erstellt. Energesia ist der Photovoltaik-Installateur des Projekts.

Perowskite könnten Solarzellen zu neuen Höhen führen

Forschern des National Renewable Energy Laboratory (NREL) des US-Energieministeriums (DOE) gelang ein technologischer Durchbruch und sie konstruierten eine Perowskit-Solarzelle mit dem doppelten Vorteil, dass sie sowohl hocheffizient als auch äußerst stabil ist.

Die Arbeit wurde in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der University of Toledo, der University of Colorado-Boulder und der University of California-San Diego durchgeführt.

Eine einzigartige architektonische Struktur ermöglichte es den Forschern, einen zertifizierten stabilisierten Wirkungsgrad von 24 % bei Ein-Sonnen-Beleuchtung zu verzeichnen, was ihn zum höchsten gemeldeten seiner Art macht. Auch nach 2.400 Betriebsstunden bei 55 Grad Celsius behielt die hocheffiziente Zelle noch 87 % ihres ursprünglichen Wirkungsgrades.

Perowskit, das sich auf eine kristalline Struktur bezieht, hat sich im letzten Jahrzehnt als beeindruckendes Mittel zur effizienten Einfangung von Sonnenlicht und zur Umwandlung in Elektrizität erwiesen. Die Forschung an Perowskit-Solarzellen konzentrierte sich in hohem Maße auf die Frage, wie ihre Stabilität erhöht werden kann.

Instrumente und Technologien in der Entwicklung

Die Technologien für Photovoltaikmodule entwickeln sich ständig weiter. Diese Technologien sind offensichtlich nicht spezifisch für die Agri-PV als solche – einige Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf die Verbesserung der Effizienz von PV-Modulen – aber es ist immer interessant, die Trends zu verfolgen.

Einige Betreiber haben damit begonnen, dreidimensionale, verschiebbare Photovoltaiktische zu implementieren und Photovoltaikmodule direkt in ihre Struktur zu integrieren.

Auch mobile Solaranlagen tauchen auf. Diese Einheiten können als vormontierte Solarmodule in einem Container konzipiert werden – der Container besteht aus 200 vormontierten und vorverkabelten PV-Modulen, die schnell installiert und bewegt werden können. Obwohl diese Einheiten ursprünglich für Katastrophengebiete konzipiert waren, könnten sie in komplexen Anbau- oder Hebelsystemen eingesetzt werden.

Halbtransparente Tische

Im Gegensatz zu herkömmlichen undurchsichtigen Tischen enthalten halbtransparente Tische herkömmliche PV-Zellen, aber auch transparente Bereiche auf dem Tisch, um mehr Licht durchzulassen. Diese Tische erzeugen konstruktionsbedingt weniger Strom, da weniger Photovoltaikzellen pro Quadratmeter vorhanden sind. Allerdings ist der Preis dieser Tische relativ höher als bei herkömmlichen Tischen, sodass ein Kompromiss zwischen landwirtschaftlicher Produktion und Energieproduktion durch die Panels besteht.

Agrarroboter unter PV-Modulen?

Da die Umgebungen unter den Paneelen sehr strukturiert und kontrolliert sind, könnten wir uns vorstellen, landwirtschaftliche Roboter unter den Paneelen arbeiten zu lassen (z. B. Unkrautjätungsroboter)? Die Tatsache, dass bereits eine Infrastruktur vorhanden ist, könnte sogar von Vorteil sein, um Roboter (auf Schienen) zu bewegen. Zäune um PV-Anlagen könnten eine Möglichkeit bieten, Robotermaschinen auf sichere Weise zu nutzen und nicht durch die Maschinenrichtlinie eingeschränkt zu werden (die die Anwesenheit eines Bedieners vor Ort erfordert, um sicherzustellen, dass der Roboter nichts tut).

Wenn wir auch die Frage der Energieautonomie von Robotern berücksichtigen, könnte die Tatsache, dass diese Robotereinheiten unter Photovoltaik-Paneelen arbeiten, also über eine potenzielle Quelle erneuerbarer Energie verfügen, dazu beitragen, die Abhängigkeit von Kraftstoffen zu verringern. Aber das ist eine Frage der Zukunft.

Risiken und Einschränkungen der Agri-PV

Der Agrivoltaismus befindet sich noch im experimentellen Stadium. Daher kann eine tatsächliche Leistung, insbesondere auf lange Sicht, nicht vollständig garantiert werden, auch wenn die ersten Ergebnisse ermutigend sind.

Daher ist die Agrivoltaismus-Praxis im Agrarsektor unvermeidlich umstritten. Einige befürchten insbesondere, dass dieses System für die Solarenergieproduktion rentabler sein wird als für landwirtschaftliche Nutzpflanzen. Die Installation einer Agrar-PV-Anlage ist in der Tat recht komplex und muss viele Aspekte berücksichtigen, um effektiv zu sein, darunter die Anordnung der Solarmodule, die Art des Geländes oder die Zuverlässigkeit der Sicherheitsvorrichtungen. Schließlich ist die optische Wirkung von PV-Modulen in landwirtschaftlichen Nutzpflanzen nicht jedermanns Sache und kann daher eine zusätzliche Einschränkung darstellen.

Derzeit sind nur sehr wenige Photovoltaikparks wirklich an die Agrarvoltaik angepasst. Angesichts der wenigen derzeit verfügbaren Daten sind Vertraulichkeitsprobleme erheblich. Diejenigen, die über einige Daten verfügen, sind nicht sehr geneigt, diese weiterzugeben, erstens, weil sie nicht unbedingt wissen, was sie anbieten (sie verfügen nicht über Langzeitdaten), und zweitens, weil sie noch weniger wissen, was sie wiederherstellen könnten (wenn andere Betreiber ihre Daten bereitstellen würden) und wie die Informationen verbreitet werden. Einige Länder, wie etwa Israel, haben für viele Kleinprojekte Ausschreibungen mit Kategorien für Agrovoltaik eröffnet; eine Möglichkeit, Projekte gebietsübergreifend zu vervielfachen und so viele Daten zu sammeln.

Es besteht allgemeiner Konsens über die Wiederherstellung von Wissen, aber wenn es darum geht, Geld zu investieren, um solches Wissen zu generieren, ist das eine andere Sache. Einige Hersteller wären bereit, eine relativ einfache Überwachung durchzuführen, aber es wird für sie schwierig sein, diese Kosten in ihre Geschäftspläne zu integrieren. Mit den Gremien zur Koordinierung und Überwachung der neuen Agri-PV-Projekte – Gremien, die von Landwirtschaftskammern oder von Betreibern gefordert werden – muss man genauso lange warten, bis wir wirklich verwertbare Ergebnisse haben können.

Aufgrund der Vielfalt landwirtschaftlicher Projekte ist es relativ schwierig, die Ergebnisse zu verallgemeinern. Die Frage ist, ob die Beteiligten angesichts der bestehenden Vielzahl an landwirtschaftlichen Betrieben und Anbaumustern nach mehreren Jahren über genügend Daten verfügen werden, um ernsthafte statistische Analysen durchzuführen. Boden- und Klimabedingungen, Fruchtfolge und Anbaumuster sind allesamt variable Parameter, die nicht unbedingt standardisiert sind. Daher ist es schwierig, übermäßig zuversichtlich zu sein, was die Auswirkungen der Panels auf die Biomasseproduktion, die Auswahl der am besten geeigneten Arten für die Photovoltaikanlagen, die Auswirkungen der Pflanzen auf das Wohlergehen der Tiere oder die für eine bestimmte Situation am besten optimierten technologischen Geräte angeht Produktion (Breite und Neigung der Paneele, Höhe der Strukturen usw.). Im Moment sollten wir vielleicht lieber akzeptieren, dass wir nicht alles wissen.

Vorteile der Agrarvoltaik

Die Installation von Solarmodulen auf landwirtschaftlichen Nutzpflanzen im Rahmen des Agrar-PV-Modells bietet viele Vorteile. Erstens ermöglicht es der Landwirtschaft, sich an den Klimawandel anzupassen. Es handelt sich in der Tat um ein Instrument zum Schutz landwirtschaftlicher Nutzpflanzen vor extremen Temperaturen (Frost und Hitzewellen) oder Elementen wie Hagel, die katastrophale Folgen für die Produktion haben können. Dies ermöglicht es, die landwirtschaftlichen Erträge zu steigern und gleichzeitig die verfügbare Fläche zugunsten erneuerbarer Energien durch die Produktion von Photovoltaik zu nutzen. Darüber hinaus ermöglicht die Agrovoltaik eine Wassereinsparung durch das Prinzip der Evapotranspiration, das bei landwirtschaftlichen Nutzpflanzen wie der Weinrebe verstärkt wurde.

Die Installation fester Strukturen über den Weinbergen oder Obstbäumen muss die Kulturpflanzen auch vor Katastrophen (Hagel) und bestimmten Auswirkungen der globalen Erwärmung schützen: Dürre, Hitzewelle.

Seit einem Jahrzehnt bewerten Forscher des INRAE ​​(Französisches Nationales Institut für Agrarforschung) den Zustand der Böden, der Pflanzen und die Qualität der Produktion der unter den Panels bewirtschafteten Parzellen.

Durch die Maskierung eines Teils der Sonnenstrahlung „verbessert“ die Luftsolaranlage das Mikroklima, das über den Pflanzen herrscht. Dies begünstigt in Zeiten großer Hitze das Wachstum der Pflanzen und reduziert ihren Wasserbedarf (Bewässerung), bestätigen die Ingenieure von INRAE.

Obligatorische Lotsendienste

Die Agri-PV-Anlage ist umso effizienter, wenn sie steuerbar ist. Die Paneele sind auf mehreren Meter hohen Konstruktionen montiert und über motorisierte Kugelgelenke befestigt. Dies ermöglicht es ihnen normalerweise, dem Lauf der Sonne zu folgen. Durch die vertikale Positionierung der Agri-PV-Module werden auch die Hagelschutznetze (an ihren Masten befestigt) eingesetzt. Horizontal blockieren sie starken Wind.

So wurde beispielsweise ein 540 qm großes Grundstück des Versuchsweinbergs mit einem Plattendach gedeckt. Trotz der sehr warmen Witterung (zeitweise wurden Temperaturen über 50°C gemessen) wuchsen die Trauben weiter. Ebenso wichtig für Winzer ist, dass der aus den Trauben gewonnene Saft von guter Qualität ist. „Trotz der Härte des Klimas stellten wir einen Anstieg des Anthocyangehalts und des Säuregehalts fest“, bemerkt der Leiter der Landwirtschaftsabteilung von Sun'Agri.

Wie funktioniert eine Agri-PV-Anlage?

Bei der Agrarvoltaik werden Sonnenkollektoren auf landwirtschaftlichen Nutzpflanzen angebracht, um die Ernteoptimierung mit der Stromerzeugung aus Photovoltaik zu kombinieren.

Beim Angebot von Sun'Agri werden die Panels durch einen intelligenten Algorithmus automatisch und in Echtzeit entsprechend den Bedürfnissen der Pflanzen ausgerichtet.

Photovoltaikmodule verlieren bei der Installation etwa 2 % ihrer Leistung und dann jedes Jahr 0,5 % ihrer Leistung. Für Photovoltaikmodule gilt in der Regel eine Garantie von 20 Jahren (bei manchen Modulen sogar länger).

Es ist wichtig zu verstehen, dass für diese 20 Jahre eine bestimmte Effizienz der Module – in der Regel mindestens 80 % – garantiert ist. Nach dieser Zeit kann das Panel weiterarbeiten, jedoch mit geringerer Effizienz.

Der aktuelle Energieertrag von Photovoltaikzellen liegt bei etwa 20 %, das heißt, die Zellen sind in der Lage, 20 % der aufgenommenen Sonnenenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Diese Effizienz nimmt stetig zu.

Einige herkömmliche Freilandsolarparks werden demontiert und mit neuen, effizienteren Modulen wieder zusammengebaut. Dabei geht es um Photovoltaikzellen der 1. Generation (basierend auf kristallinem Silizium), Photovoltaikzellen der 2. Generation (basierend auf amorphem Silizium in dünnen Schichten) und Photovoltaikzellen der 3. Generation (basierend auf organischen Verbindungen).

Agrivoltaismus ist nicht für alle Kulturen geeignet

In einigen Fällen könnte eine geringere Sonneneinstrahlung der Pflanzen und ein geringerer Kontakt der Pflanzen mit Regenwasser zu negativen Ergebnissen führen. Je nach Klima und Jahreszeit können diese Auswirkungen je nach Kulturart positiv oder negativ sein.

Deshalb basiert der Erfolg der Technik auf einem klugen Gleichgewicht zwischen Sonnenlicht, Bewässerung, Beschattung und Kälteschutz.

Ein Photovoltaikprojekt auf einem Ackerland (unabhängig davon, ob es sich um Agrivoltaik handelt oder nicht) umfasst mindestens:

Agrivoltaik und Photovoltaik-Gewächshäuser: Was ist der Unterschied?

Agrivoltaismus unterscheidet sich von Photovoltaik-Gewächshäusern dadurch, dass die Landwirtschaft vor der Stromerzeugung steht. Die Solarpaneele sind so ausgelegt, dass sie die Qualität des Bodens nicht beeinträchtigen und die Pflanzen bestmöglich vor dem Klimawandel schützen, um bessere landwirtschaftliche Erträge zu erzielen.

Agrivoltaismus ist ein Win-Win-System. Das Verfahren ermöglicht es, den Erhalt landwirtschaftlicher Nutzflächen mit der Nutzung von Landflächen für den Ausbau erneuerbarer Energien zu vereinbaren. Die Technik ermöglicht auch eine höhere Effizienz von Solarmodulen und steigert gleichzeitig die landwirtschaftliche Produktion. Der Gesamtertrag der beiden Aktivitäten (landwirtschaftliche Nutzpflanzen- und Energieerzeugung) ist höher als die Summe beider einzeln betrachtet.

Durch die Reduzierung der Evapotranspiration reduziert sich bei geschützten Reben der Wasserbedarf um 12 % bis 34 %. Darüber hinaus wird der Aromagehalt der Trauben verbessert: +13 % Anthocyane (rote Farbstoffe) und 9 % bis 14 % mehr Säure. Ländliche Gebiete sind von der Landwirtschaft abhängig und benötigen für eine nachhaltige Existenz Zugang zu Elektrizität. Da die Landwirtschaft eine große Menge Strom für Bewässerung, Bodenbearbeitung, Gewächshäuser, Heizung und Kühlung von Gebäuden, Bauernhöfen, Tieren usw. verbraucht, können die Rechnungen das Budget belasten.

Nach Schätzungen der IEA umfasst der Energieverbrauch in der Landwirtschaft sowohl den direkten als auch den indirekten Verbrauch: Diesel, Strom, Erdgas, erneuerbare Kraftstoffe für landwirtschaftliche Betriebe, Rohstoffe. Im Allgemeinen erfordert die Verteilung von Energiequellen in Nutzpflanzen und Nutztieren fast 250 Btu bzw. 150 Btu an Destillatbrennstoffen.

An Neologismen zur Bezeichnung dieser neuen Technik mangelt es nicht: Einige sprechen von Agro-Photovoltaik, Agrosolar, andere von Photovoltaikisierung landwirtschaftlicher Flächen, Solar-Sharing, Agrinergy oder einfach Agri-Voltaismus.

Die Technik eignet sich für bestimmte Obst- und Gemüsekulturen, für Weinreben – insbesondere für die Kulturen, die am stärksten vom Klimawandel betroffen sind. Ein heftiger Sturm, Hagel oder eine Hitzewelle können monatelange Arbeit in nur wenigen Minuten zerstören und einen Landwirt ruinieren.

Agrivoltaismus, ein universelles Allheilmittel?

So einfach sei das nicht, sagen Experten, denn Agrivoltaismus mache nur dann Sinn, wenn er zunächst auf die Bedürfnisse der Landwirte eingeht, wenn er die Klimaresistenz ihrer Nutzpflanzen fördert. Wenn die Module falsch installiert und schlecht gesteuert würden, könne sich das System als katastrophal erweisen, sagen sie und kritisieren Entwickler, die landwirtschaftliche Flächen mit bodengestützten Photovoltaikanlagen sterilisieren.

Europäische Photovoltaikindustrie

In seinem neuesten Bericht beleuchtet Ember die neuen Rekorde, die in Europa in den Sommermonaten bei der Solarstromerzeugung aufgestellt wurden. 18 der 27 EU-Mitgliedstaaten stellen neue Rekorde bei der Solarstromerzeugung auf, was 99,4 TWh Solarstrom entspricht – ein Anstieg von 28 % gegenüber Sommer 2021.

Der Einmarsch Russlands in die Ukraine hat Schockwellen durch Europa ausgelöst, wobei die Befürchtungen hinsichtlich der Energiesicherheit und der Tatsache, dass die Bürger astronomische Energiepreise sehen, zunehmen. Während wir auf den Winter zusteuern, befürchten die Europäer, dass sie ihre Energierechnungen möglicherweise nicht mehr bezahlen können. In diesen Krisenzeiten kann die Solarenergie die Lösung sein, indem sie erschwingliche, zuverlässige und saubere Energie bereitstellt.

Der Ember-Bericht stellt fest, dass Solarrekorde in 18 EU-Ländern gebrochen wurden, wobei Polen einen Anstieg der Solarstromerzeugung um das 26-Fache verzeichnete, gefolgt von einem Anstieg um das Fünffache in Finnland und Ungarn. Durch die Gesamtsteigerung der Erzeugung konnten 20 Milliarden Kubikmeter fossiler Gasimporte eingespart und Kosten in Höhe von 29 Milliarden Euro vermieden werden.

Dieser Trend wird sich fortsetzen, da neue Ziele für erneuerbare Energien für 2030 diskutiert werden und die EU bis 2050 CO2-Neutralität anstrebt.

2021, das beste Jahr für den europäischen PV-Markt

Im Jahr 2021 installierte die Europäische Union 25,9 GW neue PV-Kapazität, was einer jährlichen Steigerung von 34 % entspricht. Im Jahr 2025 wird sich der europäische Solarmarkt im Vergleich zu heute voraussichtlich fast verdoppeln – 49,7 GW gegenüber 25,9 GW.

SolarPower Europe prognostiziert durchschnittliche Wachstumsraten von 18–20 %, was einem Anstieg von rund 162,7 GW auf 327,6 GW bis Ende 2025 entspricht. Dies bedeutet, dass sich die Solarstromerzeugungsflotte der EU von den heute in Betrieb befindlichen 164,9 GW in vier Jahren verdoppeln wird.

An landwirtschaftlichen Kraftwerksprojekten sind mehrere Akteure und Wirtschaftsmodelle beteiligt

Wirtschaftsmodelle werden dadurch erschwert, dass die Rollen dieser Akteure manchmal etwas gemischt sind. Der Grundbesitzer und der Landwirt können dieselbe Person oder zwei verschiedene Personen sein (einige PV-Betreiber unterscheiden immer noch nicht zwischen einem Grundbesitzer und einem Landwirt). Der PV-Betreiber kann der Grundstückseigentümer sein (obwohl dies seltener vorkommt). Und das Dienstleistungsunternehmen ist in vielen unterschiedlichen Geschäftsmodellen noch nicht präsent.

Mit dieser Gruppe von Akteuren sind die Geschäftsmodelle von Agrar-PV-Projekten sehr vielfältig:

Miete zahlen: Ein Risiko für die Landwirtschaft?

Das größte Problem ist nach wie vor die Vergütung der Landwirte. Die Welt der Photovoltaik und die Welt der Landwirtschaft vertragen sich nicht unbedingt. Die durchschnittliche Bruttomarge eines Landwirts pro Hektar liegt bei nahezu 500 EUR (wahrscheinlich ohne Spitzenwerte bei Raps und Weizen). Indem PV-Betreiber den Landwirten für die Installation landwirtschaftlicher Projekte manchmal Mieten von mehreren Tausend Euro pro Hektar anbieten, scheinen sie sich der Probleme der Agrarwelt nicht bewusst zu sein. Mehrere Akteure sind ebenfalls gegen solche Regelungen und befürworten ein Modell mit einer an den Landwirt zu zahlenden Pacht. Für einige käme die Zahlung von Miete einer Infragestellung der Nachhaltigkeit des Agrarsystems gleich.

Die Einführung einer Pacht könnte dazu führen, dass die Landwirtschaft aufgegeben wird (Verschlechterung des landwirtschaftlichen Charakters des Landes in den Planungsvorschriften, deutliche Verschlechterung der landwirtschaftlichen Produktion) und die landwirtschaftlichen Flächen destabilisiert werden, was zu einem Anstieg der Grundstückspreise führen könnte. Neben Landspekulationen im Zusammenhang mit Stromeinspeisetarifen und den Margen des Photovoltaiksektors neigen einige Betreiber zu aggressiven Landstrategien mit dem Wunsch, Land zu behalten und zu sichern (um Landdiebstahl durch Konkurrenten zu vermeiden). Einige Betreiber gehen sogar so weit, sehr hohe Mieten anzubieten, einfach um die Landwirte dazu zu drängen, Verträge zu unterzeichnen, die die Betreiber dann an andere Bauträger auf der Suche nach Land verkaufen. Bauträger sind mitunter bereit, für diese Grundstücksversicherungsverträge sehr hohe Preise zu zahlen. Andere Unternehmensanbieter sichern sich Land, wo dies technisch nicht immer machbar ist, und Landwirte können mit Pachtversprechen konfrontiert werden, die nicht überteuert werden dürfen. Andere Betreiber hingegen werden diese Mietverträge mit aufschiebenden Bedingungen abschließen (z. B. nur, wenn die Baugenehmigung unterzeichnet ist). Andere werden warten, bis sich gute wirtschaftliche Bedingungen entwickeln, bevor sie sich engagieren.

Im Allgemeinen werden die Auswirkungen von PV-Projekten auf die Wirtschaft landwirtschaftlicher Betriebe insgesamt relativ wenig erwähnt und möglicherweise nicht ausreichend berücksichtigt. Die zu berücksichtigenden Themen sind äußerst zahlreich:

Rumänien führt ein Gesetz zur Förderung der Solarenergieentwicklung auf landwirtschaftlichen Flächen ein

Rumänien sollte neue Vorschriften umsetzen und insbesondere die Landrechte anpassen, um die Entwicklung von Projekten für erneuerbare Energien auf landwirtschaftlichen Flächen zu erleichtern. Die neuen Bestimmungen treten bis 2026 in Kraft und ermöglichen den Bau von Photovoltaikanlagen, Windkraftanlagen, Biomasseanlagen, Biogasanlagen, Speicherprojekten und Umspannwerken direkt auf den Flächen, die unter die bisher verbotenen Klassen landwirtschaftlicher Flächen fallen.

Das rumänische Parlament hat kürzlich eine Änderung des Bodengesetzes 18/1991 verabschiedet, die regulatorische Hindernisse für die Entwicklung von Projekten für erneuerbare Energien auf landwirtschaftlichen Flächen beseitigen könnte.

Gesetz zur Änderung und Ergänzung des Landgesetzes, verkündet vom Präsidenten Rumäniens

„Ausnahmsweise können auf landwirtschaftlichen Flächen der Qualitätsklassen III, IV und V mit der Kategorie Ackernutzung, Weideland, Wein- und Obstbau sowie auf diesen die folgenden Investitionsziele speziell für die Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen angesiedelt werden entwickelt mit Landverbesserungsarbeiten außerhalb des Stadtgebiets auf der Grundlage der Baugenehmigung und der Genehmigung der endgültigen oder vorübergehenden Entfernung aus der landwirtschaftlichen Nutzung: Solar-, Wind-, Biomasse-, Bioflüssigkeits- und Biogas-Energieerzeugungskapazitäten, Stromspeichereinheiten, Transformator Stationen oder ähnliche Systeme, die auf landwirtschaftlichen Flächen außerhalb des Stadtgebiets mit einer Fläche von maximal 50 ha errichtet werden können. „Diese Investitionen können ausnahmsweise auch auf landwirtschaftlichen Flächen der Qualitätsklasse I und II getätigt werden“, heißt es in dem im Juli dieses Jahres vom Staatsoberhaupt erlassenen Gesetz.

Die neuen Bestimmungen erlauben die Entwicklung von Photovoltaik-, Wind-, Biomasse-, Bioflüssigkeits-, Biogas-, Speicher- und Umspannwerksprojekten direkt auf Grundstücken außerhalb städtischer Gebiete der Fruchtbarkeitsklassen III, IV und V. Bisher war die Entwicklung auf diesen Flächen verboten . Die neuen Regeln besagen auch, dass solche Flächen für Projekte mit doppeltem Verwendungszweck genutzt werden können, darunter Energieerzeugung und landwirtschaftliche Aktivitäten.

Bauarbeiten sind seit langem nur auf Flächen zulässig, die als innerstädtisches Bauland registriert sind.

„Obwohl es Ad-hoc-Ausnahmen für diese Maßnahme gibt, bezieht sich keine davon auf Projekte im Bereich erneuerbare Energien“, sagte Mihaela Nyerges, Partnerin bei Vlasceanu, Nyerges & Partners. „Das neue Gesetz ebnet vor allem den Weg für Agrar-PV-Projekte und löst einige der Genehmigungsprobleme, mit denen Entwickler konfrontiert sind.“ Beispielsweise ist die Genehmigung eines zonalen Stadtplans (PUZ) zur Änderung der innerstädtischen Grundstückszuteilung nicht mehr erforderlich. „Stattdessen sollte ein besonderes Verfahren durchgeführt werden, um die Grundstückskategorie von Agrarland zu bebautem Land zu ändern“, sagte sie. „Dieses Verfahren ist jedoch deutlich schneller als das PUZ-Verfahren, da die Behörden ihre Stellungnahme innerhalb von 45 Tagen ab Antragstellung abgeben müssen, andernfalls gilt der Antrag als stillschweigend genehmigt.“

Die neuen Regeln sehen auch niedrigere Lizenzgebühren für PV-Projekte für duale Systemanwendungen vor.

„Wenn ein duales System eingeführt wird, gilt die Änderung der Landkategorie von landwirtschaftlich zu bebaubar nicht mehr für alle dem Projekt für erneuerbare Energien zugewiesenen Flächen, sondern nur für den spezifischen Teil der Fläche, der nicht mehr für landwirtschaftliche Zwecke genutzt werden kann “, sagte Mihaela Nyerges. „Bei Photovoltaikprojekten ist dies sehr wichtig, da eine höhere Mastbefestigung die Möglichkeit bietet, landwirtschaftliche Tätigkeiten/Tierweiden unter den Modulen durchzuführen und somit eine viel kleinere Fläche zu beeinträchtigen“, so das Fazit des Spezialisten.

Das neue Gesetz gilt nur für Flächen bis 50 Hektar. Diese Einschränkung kann erhebliche Auswirkungen auf die Rentabilität von PV-Projekten haben, da die hohen Anschlusskosten nur bei großer Projektkapazität wirtschaftlich vertretbar sind.

Das neue Gesetz gilt nur bis zum 31. Dezember 2026

Die Frist endet im Jahr 2026, da das Ziel darin besteht, die Investitionen in erneuerbare Energien im laufenden EU-Haushalt (2021-27) anzukurbeln, um die Absorptionsrate der verfügbaren EU-Mittel zu erhöhen. Nach dem vor einigen Monaten ins Leben gerufenen nationalen Aufbau- und Resilienzplan freut sich der Sektor auf den Modernisierungsfonds, der nach vielen Verzögerungen im Herbst dieses Jahres verfügbar sein dürfte.

Agrivoltaismus, ein spaltendes System

Diese Lösung ist umstritten, denn die Angst vor einer Übernahme der Energieerzeugung durch die Landwirtschaft ist groß. Die Besorgnis spiegelt sich auch in der zusätzlichen Ausrüstung wider, die bei diesen Photovoltaikmodulen zum Einsatz kommt und die oft von einer Hochspannungsleitung und einem Umspannwerk als Quelle begleitet werden.

Kennzeichnung von Parzellen, die mit einer Agri-PV-Anlage ausgestattet sind

Als öffentliche Einrichtung bietet das INRAE ​​(Nationales Forschungsinstitut für Landwirtschaft, Ernährung und Umwelt) eine wissenschaftliche Überwachung der Entwicklung von Kontrollparzellen (ohne Solaranlage) und Parzellen mit Agri-PV-Anlagen an. Das Ziel dieses Vergleichs besteht darin, das Gerät zu kennzeichnen, sobald der Umweltgewinn auf ausgestatteten Grundstücken nachgewiesen ist.

Das Ziel ist zweierlei: Einerseits sollen Missbräuche vermieden werden, da manche Landwirte versucht sein könnten, ihre Felder mit Solarpaneelen abzudecken, um ihr Einkommen auf Kosten der landwirtschaftlichen Produktion zu steigern. Und andererseits muss das Gerät auf den internationalen Markt exportiert werden. Große Agrarproduzenten wie Australien, Kalifornien oder Subsahara-Afrika werden sicherlich von dieser innovativen Technologie profitieren.

Einflussfaktoren von Photovoltaikanlagen für mehrjährige Kulturen

Bezogen auf die Leistung scheinen die Auswirkungen von PV-Anlagen grundsätzlich neutral bis negativ zu sein. In jedem Fall würden Pflanzen nicht 100 % Licht benötigen, um optimal zu wachsen. Das Wachstum mancher Pflanzen wird eher durch mittlere Beschattung angeregt. Bei hohen Lichtabschirmungen ist jedoch mit erheblichen Ertragseinbußen zu rechnen.

In jedem Fall ist der Zusammenhang zwischen Lichteinstrahlung und Ertrag nicht linear. Einige neuere Projekte haben jedoch eine Produktivitätssteigerung unter Panels mit sehr feiner Lichtsteuerung gezeigt, indem die Photoinhibitionszeiten bei intensiver Sonneneinstrahlung begrenzt wurden, sodass Pflanzen nicht mitten am Tag aufhören zu wachsen. Die langfristigen Auswirkungen sind noch nicht untersucht, sollten aber nicht übersehen werden. Durch die Einschränkung der Photosynthese während der Saison einer Staude besteht die Gefahr, dass die Entwicklung des folgenden Jahres beeinträchtigt wird (die Reserven werden ebenso beeinträchtigt wie die Blühinduktion). Die Hypothese des Lichtsättigungspunkts wird auf Blattebene entwickelt. Auf der Ebene der Pflanze ist die Frage möglicherweise anders, da das Licht, das ein Blatt erreicht, auf die anderen Blätter der Pflanze übertragen und dort gestreut wird. Probleme mit dem Energiefluss können sich darauf auswirken, wie die Wirkung von Licht und Schatten auf die Pflanze wahrgenommen wird. Angesichts der hohen jährlichen Schwankungen des Klimas scheint es ziemlich lange zu dauern, das Problem anzugehen. Allerdings sind die Fragen komplex: Wie lassen sich Einflussfaktoren über die Jahre isolieren, insbesondere bei mehrjährigen Kulturen?

Vom Agrivoltaismus zum Ökovoltaismus

Die Auswirkungen von Agri-PV-Kraftwerksprojekten auf die Artenvielfalt sind noch relativ unbekannt. Aus Agri-PV-Projekten lassen sich nur wenige fundierte Lehren ziehen, zumal die Ausgangssituation (Baseline) nicht einfach zu berücksichtigen ist.

Einige Arbeiten werden einen Rückgang des Artenreichtums und eine Veränderung der floristischen Zusammensetzung des Blätterdachs unterhalb der Photovoltaikpaneele ergeben haben. Allerdings werden diese Überlegungen zur Artenvielfalt nicht völlig vernachlässigt. Und diese Projekte hätten nicht unbedingt negative Auswirkungen.

Mehrere Entwickler und/oder Experimentatoren bauen spezielle Überwachungssysteme und Infrastrukturen auf: Bau von Lebensräumen, Anlage von Teichen, Überwachung der Artenvielfalt, Entwicklung ökologischer Korridore.

Kraftwerksprojekte sind für einige Landwirte auch eine Gelegenheit, auf ökologischen Landbau und andere tugendhaftere Praktiken umzusteigen. Es scheint, dass Umweltverbände dabei sind, Berichte zu erstellen – unter anderem France Nature Environnement (FNE), La Ligue de Protection des Oiseaux (LPO).

Das Konzept des Ökovoltaismus wurde kürzlich vorgeschlagen. Hinter diesem Begriff verbirgt sich die Erschließung ungenutzter Flächen unter Solarpaneelen in einem angewandten umweltwissenschaftlichen Programm. Diese ungenutzten Flächen könnten genutzt werden, um die Wiederherstellung endemischer Pflanzengemeinschaften und die Ansiedlung von Pflanzen für die biodynamische Landwirtschaft, von Honigpflanzen, gefährdeten Pflanzen oder Pflanzen von medizinischem Interesse zu fördern. Diese Pflanzen, die aufgrund ihrer Schattenresistenz, der guten Nährqualität von Pollen und Nektar oder der langen Blütezeit besonders gut ausgewählt werden müssen, wären für die Anpflanzung unter schwierigen Wachstumsbedingungen mit kargen und unfruchtbaren Böden interessant, auf denen Sonnenkollektoren befestigt sind , nicht orientierbar und sehr niedrig, und wenn die Pflanzstellen klimatischen Gefahren ausgesetzt sind (Dürre, Windeinwirkung usw.). Obwohl diese Projekte theoretisch sehr vielversprechend erscheinen, könnte man dennoch Zweifel an ihrer Logistik und Durchführbarkeit für Landwirte und PV-Entwickler haben.

Das doppelte Versprechen des Agrivoltaismus

Der Agrivoltaismus, der sich zunächst in Asien in Ländern wie Japan, Südkorea und Vietnam entwickelte, hat kürzlich auch Europa erreicht. Heute boomt diese neue Praxis mit immer innovativeren Projekten, die sich als sehr vielversprechend erweisen.

Wie der Name schon sagt, ist Agrivoltaismus ein Konzept, das Landwirtschaft mit der Nutzung von Photovoltaikmodulen kombiniert. Die Photovoltaik-Technologie ermöglicht die Umwandlung von Sonnenenergie in Strom. Hier werden Sonnenkollektoren über landwirtschaftlichen Nutzpflanzen installiert, um die Produktion zu fördern und vor Klimagefahren zu schützen.

Sun'Agri, ein Pionier der Bewegung in Frankreich, zeigt, dass die Produktion von Solarenergie nur zweitrangig ist. Das Hauptziel der Agrivoltaik ist die Erhaltung landwirtschaftlicher Flächen durch die Differenzierung großer Photovoltaik-Gewächshäuser.

Der Erhalt von Nutzpflanzen bei gleichzeitiger Erzeugung von Solarenergie ist das doppelte Versprechen der Agrarvoltaik. Dieses Konzept umfasst die Installation von Photovoltaikmodulen auf Feldern, Weinbergen und Obstgärten und die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen profitiert von attraktiven Einkaufspreisen.

Auf einem Hektar Anbaufläche kann ein 700-kWp-Kraftwerk realisiert werden. Die Installation von Photovoltaikmodulen in Weinbergen und Feldern kann die Folgen klimatischer Gefahren verringern und dem Landwirt zusätzliches Einkommen verschaffen.

Eine Lösung für alle Regionen der Welt

Am 18. Mai 2022 äußerte die Europäische Kommission den Wunsch, dass Solarenergie ein sehr wichtiger Teil der Zukunft sein wird. Stellen Sie sich überall Sonnenkollektoren vor. Das ist es, was die Europäische Kommission für die Zukunft der Energie in Europa will. Ziel ist es zunächst, in drei Jahren doppelt so viel Solarenergie zu produzieren. Um solche Ergebnisse zu erzielen, könnte Agrivoltaismus eine gute Lösung sein.

Kein Land ist von extremen Wetterereignissen verschont, deren Häufigkeit wahrscheinlich zunehmen wird. Deshalb besteht heute ein großer Bedarf an der Entwicklung von Lösungen, die eine wirksame Antwort auf den Klimawandel bieten. Denn außergewöhnliche Wetterereignisse haben für einige Landwirte verheerende Auswirkungen: In Schweden mussten Landwirte nach der historischen Dürre im Sommer 2019 einen Ernterückgang von 70 % hinnehmen. Der schwedische Agrarsektor erlitt einen Nettoverlust von 970 Millionen Euro. In Kalifornien verursachte die Dürre 2015 schätzungsweise Verluste in Höhe von 1,8 Milliarden US-Dollar für die lokale Landwirtschaft.

Vor- und Nachteile der Stromerzeugung auf landwirtschaftlichen Flächen

Auch auf die Gefahr hin, in einer eher fragwürdigen Sichtweise der Agri-PV zu verharren und nur auf schlechte Erfahrungen aus der Vergangenheit zu schauen, wäre es schade, gut konzipierten Agri-PV-Projekten keine Beachtung zu schenken, meinen die Forscher. Ob es darum geht, Kraftwerke auf weniger fruchtbaren Flächen zu errichten oder von mehreren Landwirten angenommene Projekte zur Schaffung neuer landwirtschaftlicher Arbeitsplätze, die Möglichkeiten sind zahlreich. Die Ansichten und Lehren der einzelnen Regionen bleiben sehr unterschiedlich. Auf jeden Fall sind die Meinungen recht gemischt. Angesichts der geringen Entlohnung der Landwirte kann es ihnen kaum vorgeworfen werden, dass sie ihr Einkommen durch die Nutzung eines Teils ihrer Ackerfläche für Agri-PV-Projekte aufbessern wollen, da Pachteinnahmen weitaus attraktiver sein können als die landwirtschaftliche Produktion selbst. Es stellt sich jedoch die Frage, ob das Problem nicht viel komplexer ist: vorherrschende Landwirtschaftsmuster, niedrige Löhne der Landwirte, lange Lieferketten, immer teurere Betriebsmittel, schlechte oder fehlende Bewässerungssysteme, die es den Landwirten allesamt erschweren, ihre Geschäfte zu betreiben …

Soll Land für die Landwirtschaft unberührt/heilig bleiben und – abhängig von politischen Entscheidungen, der Landbewirtschaftung und unseren Ambitionen – anderes Land zur Stromerzeugung nutzen? Oder sollten die beiden Lösungen nebeneinander existieren?