Darum ist die Agrivoltaik die neue industrielle Revolution der Landwirtschaft
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Landwirtschaft und Energie sind zwei der wichtigsten Wirtschaftszweige der modernen Welt. Die Lebensmittel, die wir verzehren, und der Strom, den wir verbrauchen, sind wichtig für unser Überleben und sorgen dafür, dass wir in Bewegung bleiben.
Da die Verfügbarkeit von Land und der Klimawandel mehr und mehr an Bedeutung gewinnen, ist es nicht verwunderlich, dass sich die effiziente Nutzung von Flächen zu einem Thema entwickelt hat, dass immer heißer diskutiert wird.
Erneuerbare Energiequellen stellen eine zunehmend praktikabler werdende Möglichkeit dar, unseren zukünftigen Bedarf zu decken, da wir fossilen Brennstoffen langsam aber sicher den Rücken kehren. Auf der Grundlage seiner „Solar Futures“-Studie hat das Energieministerium der Vereinigten Staaten verkündet, dass es mittlerweile möglich sei, sich eine Zukunft vorzustellen – und einen Weg dorthin aufzuzeigen –, in der die Solarenergie bereits bis zum Jahr 2035 40 % des Elektrizitätsbedarfs des Landes abdeckt.
Doch wo sollen die Solarfarmen angesichts der Knappheit verfügbarer Flächen errichtet werden?
Hier kommt die Agrivoltaik ins Spiel – ein Ansatz, der Photovoltaikanlagen mit landwirtschaftlichen Aktivitäten in einer harmonischen Anordnung kombiniert. Es ermöglicht den Landwirten, ihre aus landwirtschaftlichen Erzeugnissen erhaltenen Einnahmen durch die Erzeugung von Energie aufzustocken und gleichzeitig das Angebot an sauberer, erneuerbarer Energie zu erhöhen.
Im Folgenden stellen wir Ihnen die zahlreichen Möglichkeiten vor, wie die Agrivoltaik friedlich neben anderen landwirtschaftlichen Aktivitäten bestehen kann, und zeigen Ihnen Wege auf, wie Solarmodule sogar die Ernten verbessern und ihre Erträge steigern können.
Was bedeutet der Begriff „Agrivoltaik“?
Agrivoltaik, auch bekannt als „Agrovoltaik“, „Photovoltaik in der Landwirtschaft“, „Agrisolar“ oder „Solar Sharing“, wird vom Landwirtschaftsministerium der Vereinigten Staaten als „die Nutzung von Land sowohl für die Landwirtschaft als auch für die Erzeugung von Solarenergie“ definiert. Die Implementierung von Solar-Photovoltaik (PV) in die landwirtschaftliche Produktion kann ein wirksames Mittel zur Maximierung der effizienten Nutzung von Ressourcen und zur Steigerung der landwirtschaftlichen Produktivität sein.
In einer typischen landwirtschaftlichen Solar-Photovoltaikanlage kommen Solarmodule zum Einsatz, um den sich darunter befindlichen Kulturpflanzen oder dem darunter untergebrachten Vieh Schatten zu spenden. Während die Module das Sonnenlicht absorbieren und in Strom umwandeln, trägt die Beschattung zu einem günstigeren Mikroklima bei. Die Modulanordnungen wirken zudem übermäßiger Hitze entgegen, reduzieren die Wasserverdunstung und schützen die Pflanzen vor extremen Witterungsbedingungen.
Es gibt verschiedene Arten von Photovoltaikanlagen für die Landwirtschaft, die jeweils für unterschiedliche Montage- und Umgebungsbedingungen konzipiert sind.
1) Solarmodule für Freiflächen
Solar-Photovoltaik-Freiflächenanlagen sind bei der Agrivoltaik am häufigsten vertreten. Diese Anlagen gehören zur einfachsten Kategorie, da bei ihnen die Module in langen Reihen auf Stahlrahmen montiert sind. Die übliche Bodenfreiheit reicht von 20 cm (auf der niedrigen Seite) bis zu 3 m (auf der hohen Seite), da die Module so geneigt sind, dass sie das meiste Sonnenlicht absorbieren.
Unter der Voraussetzung, dass die Abstände zwischen den Modulen groß genug sind, um das Pflanzenwachstum zu unterstützen, ist eine Photovoltaik-Freiflächenanlage mit verschiedenen Freilandanwendungen vereinbar – darunter die Weidewirtschaft (auch als „Solar-Weidewirtschaft“ bezeichnet), der Gartenbau, die Bienenzucht und die Regeneration der biologischen Vielfalt.
2) Aufgeständerte Solarmodule
Aufgeständerte Photovoltaikanlagen funktionieren ähnlich wie Photovoltaik-Freiflächenanlagen, unterscheiden sich jedoch dahingehend, dass zwischen den Modulen und dem Boden für eine zusätzliche Höhe gesorgt wird.
Auf diese Art der Montage wird häufiger in Regionen zurückgegriffen, in denen Land nur begrenzt zur Verfügung steht, da sie unter den Modulen genügend Platz für höher wachsende Kulturpflanzen wie Weinreben, Obstbäume und Getreide bietet. Die Montagekosten sind selbstverständlich höher – dennoch kommen sie immer häufiger zum Einsatz, da die Landwirte stets nach neuen Möglichkeiten suchen, um ihre Produktivität zu maximieren.
3) Solarmodule für Dächer
Solar-Photovoltaik-Dachanlagen sind auf Wohnhäusern und Gewerbebetrieben in der ganzen Welt längst keine Seltenheit mehr.
Bei agrarwirtschaftlichen Betrieben können Anlagen dieser Art auf Dächern von Gewächshäusern oder anderen für die Landwirtschaft genutzten Gebäuden montiert werden, so dass darunter Gartenbau, Blumenzucht und Fischzucht möglich ist. Der größte Nutzen lässt sich aus diesen Anlagen ziehen, wenn sie für den Ausgleich oder die Abdeckung des Energiebedarfs eines Gewächshauses vorgesehen sind. Ein willkommener Nebeneffekt: Sie schützen das Gebäude vor Witterungseinflüssen und Schäden durch Insekten.
4) Schwimmende Solarmodule
Aufgrund ihrer zusätzlichen Komplexität ist eine schwimmende Solar-Photovoltaikanlage, mit der sich die Agrivoltaik auf Wasserflächen verwirklichen lässt, die am wenigsten verbreitete Anlage dieser Auflistung. Anlagen dieser Art ermöglichen die uneingeschränkte Fischzucht sowohl unter den Modulen als auch um die Module herum und dienen der Maximierung ansonsten ungenutzter Wasserressourcen. Außerdem tragen Sie zur Verringerung der Wasserverdunstung, zur Verlangsamung des Wachstums von Algen und zur Reduzierung der Erosion von Uferböschungen bei.
Die zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten der Agrivoltaik
Wie Sie bereits feststellen konnten, ist die Implementierung der Photovoltaik in diverse verschiedene landwirtschaftliche Tätigkeiten möglich. Solange die Art der Kultur, die Sonneneinstrahlung, der Feuchtigkeitsbedarf und die Wartungszyklen in angemessenem Umfang berücksichtigt werden, kann die landwirtschaftliche Photovoltaik in die folgenden Bereiche integriert werden:
- Felder, auf denen Feldfrüchte angebaut oder Bäume geerntet werden;
- Felder für die Viehzucht;
- Fischereiwesen und für die Fischzucht genutzte Gewässer;
- Gewächshäuser für Obst, Gemüse oder Blumen.
Welche Vorteile bringt die Agrivoltaik mit sich?
Bei der Entwicklung der Agrivoltaik wurden die positiven Auswirkungen in den Vordergrund gestellt, so dass sie den Landwirten eine Vielzahl von Vorteilen bietet:
● Zusätzliche Einnahmequelle
Der mit der Agrivoltaik erzeugte Strom kann entweder lokal genutzt oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden. In jedem Fall bedeutet dies für den Landwirt eine Kostenersparnis oder sogar einen Gewinn, da er seinen Betrieb nicht nur diversifizieren, sondern sich auch vor Ernteausfällen oder saisonalen Schwankungen bei der Nachfrage schützen kann.
● Höhere Effizienz bei der Landnutzung
Bisher wurden die Solarstromerzeugung und die Landwirtschaft stets als Konkurrenten um Land betrachtet – die Agrivoltaik sorgt stattdessen dafür, dass sich beide Branchen ergänzen.
Die Agrivoltaik kann tatsächlich die Effizienz Ihrer Landnutzung nutzen.
Schauen wir uns dafür das folgende Beispiel an: Nutzt ein Landwirt ein Feld für den Weizenanbau und ein anderes für eine Solar-Photovoltaikanlage, so kann er beides mit einer Effizienz von 100 % bewirtschaften. Werden dagegen beide Felder für eine Kombination aus Weizenanbau und Solarstromerzeugung mit einem individuellen Wirkungsgrad von 80 % genutzt, beträgt der Gesamtertrag bei gleichbleibender Effizienz 160 %.
Daran können Sie erkennen, dass durch diese Art der doppelten Flächennutzung die Konkurrenz zwischen Projekten für erneuerbare Energien und der Nahrungsmittelproduktion aufgehoben und eine maximale Gesamtproduktivität erzielt wird.
● Schutz vor extremen Witterungsbedingungen
Extreme Wetterereignisse treten immer häufiger auf, weshalb Schutzmaßnahmen schon heute einen hohen Stellenwert einnehmen. Ein großer Vorteil von Photovoltaikanlagen ist, dass sie die darunter befindlichen Kulturpflanzen vor Hagel oder Sturm schützen und Weidetieren kühlenden Schatten spenden können. Diese Effekte erhöhen den Gesamtertrag und verringern die Notwendigkeit, zusätzliche Schutzvorrichtungen gegen Witterungsschäden anschaffen zu müssen.
● Geringere Wasserverdunstung und Einsparungen beim Bewässern
Der durch die Solarmodule zustande kommende Schatten reduziert auf natürliche Weise die Verdunstung des Wassers aus dem Boden und trägt so zu einer Verringerung des Bewässerungsbedarfs bei. Je nach Beschattung können Sie mit einer Einsparung von 14 bis 29 Prozent bei der Bodenbewässerung rechnen.
● Höhere Ernteerträge
Bei bestimmten Kulturpflanzen kann die Beschattung durch Solarmodule die Qualität und den Ertrag verbessern, da sie die Auswirkungen durch übermäßige Sonneneinstrahlung minimiert.
In einer Reihe von Studien wurde bei einer bestimmten Paprikasorte eine Ertragssteigerung von 150 % und bei Kirschtomaten eine Ertragssteigerung von 90 % beobachtet. Sie sollten jedoch stets berücksichtigen, dass die tatsächlichen Auswirkungen auf den Ertrag stets von der Lufttemperatur, der Feuchtigkeit, dem Standort und weiteren Faktoren abhängig sind.
● Nutzung von weniger produktiven Landflächen
Die Solarstromerzeugung ist viel anpassungsfähiger als der Anbau von Kulturpflanzen und wird nicht durch die Art des Bodens, den Feuchtigkeitsgrad oder die chemische Zusammensetzung beeinflusst. Wenn Sie also das Beste aus ansonsten unproduktiven Flächen herausholen wollen, ist die Installation von Photovoltaikanlagen eine gute Idee.
● Verbesserte Flexibilität des landwirtschaftlichen Betriebs
Durch die Nutzung von lokal erzeugten PV-Strom erhalten Sie z. B. die Möglichkeit, ein Gewächshaus an dem für dessen Betrieb günstigsten Standort zu errichten, ohne durch die Verlegung bestehender Stromleitungen eingeschränkt zu sein.
● Kleinerer CO2-Fußabdruck
Einige landwirtschaftliche Tätigkeiten erfordern immense Mengen Energie. Dazu zählen u. a. der Antrieb von Maschinen, das Heizen, das Kühlen oder die Klimatisierung. Die Agrivoltaik kann als erneuerbare Energiequelle genutzt werden, die umweltschädliche Energiequellen ersetzt und so Ihren ökologischen Fußabdruck verringert.
● Schutz der Biodiversität
Forscherinnen und Forscher haben vor allem in trockenen Klimazonen festgestellt, dass auf Flächen unter Solarmodulen mehr Gras wächst, was eine 90%ige Zunahme der Pflanzenmasse in der späten Jahreszeit nach sich zieht. Dies trägt zu einer höheren Biodiversität bei, die sich sogar noch weiter erhöhen lässt, wenn Photovoltaikanlagen so gestaltet sind, dass sie Schmetterlinge und Bienen anziehen.
Die Zukunft der Agrivoltaik
Es liegt auf der Hand, dass die Annahme der Agrivoltaik zunehmen wird, da die verfügbaren Flächen immer knapper werden und der Energiebedarf unaufhörlich steigt. Dies ist der Auftakt zu einer Reihe von voraussichtlichen Weiterentwicklungen dieser Technologie, die wir Ihnen nicht vorenthalten wollen:
● Computersteuerung
Die neuesten Photovoltaikanlagen können aus der Ferne gesteuert und geneigt werden, um ihre Erträge in Bezug auf die Stromerzeugung das ganze Jahr über zu maximieren. Moderne Steuerungssysteme erleichtern zudem die Erkennung von Problemen, die Wartungsarbeiten erfordern, sowie die Aufrechterhaltung des optimalen Betriebszustands der Anlage.
● Intelligente Mikronetze
Bei einem Mikronetz handelt es sich im Wesentlichen um ein lokales, unabhängiges Stromnetz, das isoliert vom Hauptnetz betrieben werden kann.
Ein intelligentes Mikronetz geht noch einen Schritt weiter und umfasst ein intelligentes Management der Energieressourcen, um die Nutzung der Ressourcen zu optimieren, die erforderliche Menge an zu speichernder Energie aufrechtzuerhalten und die Stromerzeugung in Echtzeit zu verfolgen.
Agrivoltaik – ein aufstrebendes oder bereits vielfach angewendetes Verfahren?
Die Agrivoltaik kann Landwirten, Gemeinden und unserem Planeten zahlreiche Vorteile bringen.
Eine erfolgreiche Umsetzung erfordert eine sorgfältige Planung, z. B. die Berücksichtigung der sich hinter diesem Link verbergenden fünf Ks. Wenn die Verantwortlichen keine Fehler machen, kann ein harmonischer Ansatz für Solarenergie und Landwirtschaft die landwirtschaftliche Produktion steigern, die Einkommen diversifizieren und eine neue Quelle für grüne Energie schaffen.
Durch Forschungsprojekte, die uns helfen, unsere Herangehensweisen zu verfeinern und bewährte Praktiken weiterzuentwickeln, wird die Agrivoltaik wohl die Zukunft der Landwirtschaft sein.
