Eine aktuelle Studie der Macquarie University zeigt, dass Agri-PV mehr Solarstrom ohne Ernteverluste erzielen kann, und dass dabei das Pflanzenwachstum nicht beeinträchtigt wird. Entscheidend ist eine Planung, die sich am für die Photosynthese relevanten Lichtspektrum orientiert. Dadurch lassen sich Landwirtschaft und Solarstromerzeugung effizienter auf derselben Fläche kombinieren.
Agri-Photovoltaik (Agri-PV) zählt zu den spannendsten Entwicklungen der Energiewende. Das Konzept ermöglicht die gleichzeitige Nutzung landwirtschaftlicher Flächen für den Anbau von Kulturpflanzen und die Erzeugung von Solarstrom. Angesichts steigender Anforderungen an den Ausbau erneuerbarer Energien gewinnt diese Doppelnutzung zunehmend an Bedeutung.
Eine aktuelle Studie der Macquarie University in Australien zeigt nun, dass sich das Potenzial solcher Anlagen noch deutlich besser ausschöpfen lässt. Voraussetzung ist eine Planung, die nicht allein auf den Stromertrag ausgerichtet wird, sondern auch die biologischen Bedürfnisse der Pflanzen berücksichtigt. Dadurch können Solaranlagen mehr Energie liefern, ohne die Ernte zu beeinträchtigen.
Lange Zeit wurde vor allem untersucht, wie stark Solarmodule landwirtschaftliche Flächen verschatten. Die neue Untersuchung stellt dagegen die photosynthetisch aktive Strahlung (PAR) in den Mittelpunkt. Sie umfasst den Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 Nanometern und beschreibt genau den Teil des Sonnenlichts, den Pflanzen für die Photosynthese nutzen können. Erhalten die Pflanzen ausreichend Licht in diesem Spektrum, ist die absolute Lichtmenge weniger entscheidend als bisher angenommen. Das eröffnet neue Spielräume bei der Auslegung von Agri-PV-Anlagen.
Nach Ansicht der Forscher sollte die Landwirtschaft weiterhin im Mittelpunkt stehen. Die Photovoltaikanlage ergänzt die Flächennutzung und ersetzt sie nicht. Deshalb müssen beide Erträge gemeinsam bewertet werden. Die australische Forscherin Adnin Tazrih Natasha fasst diesen Ansatz so zusammen:
„Wir können nicht nur den Energieertrag mit dem Design der Photovoltaikanlage maximieren. Die landwirtschaftlichen Erträge tragen mit mindestens 50 Prozent zur Gesamteffizienz der Kombination bei.“
Diese Erkenntnis bringt auf den Punkt, wohin die Entwicklung geht. Denn eine erfolgreiche Agri-PV-Anlage kann nur dann wirtschaftlich sein, wenn sowohl der Energieertrag als auch die landwirtschaftliche Produktion berücksichtigt werden.
Viele bisher verwendete Verschattungsmodelle betrachten lediglich die gesamte Sonneneinstrahlung. Sie unterscheiden jedoch nicht zwischen den Lichtanteilen, die Pflanzen tatsächlich verwerten können. Die Studie zeigt, dass dadurch wertvolles Optimierungspotenzial verloren geht. Werden stattdessen Moduldichte, Modulneigung und Ausrichtung gezielt an den PAR-Werten ausgerichtet, lässt sich die Flächennutzung deutlich verbessern.
Für die Untersuchung spielte die photosynthetische Photonflussdichte (PPFD) eine zentrale Rolle. Sie beschreibt die Anzahl der verwertbaren Photonen, die innerhalb einer Sekunde auf einen Quadratmeter Pflanzenbestand treffen. Je nach Entwicklungsphase benötigen Kulturen unterschiedliche Werte. Während Keimlinge bereits mit rund 200 Mikromol pro Quadratmeter und Sekunde auskommen, benötigen Pflanzen in der Blüte deutlich höhere Werte. Diese Erkenntnisse ermöglichen eine wesentlich präzisere Planung von Agri-PV-Anlagen.
Die Wissenschaftlerin verglich eine unverschattete Referenzfläche mit verschiedenen Anlagenkonfigurationen. Dazu wurden Messwerte der Global Horizontal Irradiance (GHI) in PAR- und UV-Werte umgerechnet. Obwohl die Referenzfläche die höchsten PAR-Werte erreichte, lagen diese häufig über dem tatsächlichen Bedarf vieler Pflanzen. Als geeignete Zielgröße erwiesen sich PAR-Werte zwischen 500 und 700 Mikromol pro Quadratmeter und Sekunde. Innerhalb dieses Bereichs blieben die Kulturen optimal versorgt, während gleichzeitig mehr Solarmodule installiert werden konnten.
Von diesem Ansatz profitieren zahlreiche Kulturen. Gemüsearten wie Tomaten und Salat sowie Kräuter wie Basilikum benötigen zwar vergleichsweise viel Licht, können aber dennoch unter optimal geplanten Agri-PV-Anlagen erfolgreich angebaut werden. Gleichzeitig entstehen zusätzliche Einnahmen aus der Stromproduktion.
Für landwirtschaftliche Betriebe verbessert sich dadurch die Wirtschaftlichkeit, während die Flächen mehrfach genutzt werden. Gerade in Zeiten zunehmender Wetterextreme können Solarmodule außerdem Schutz vor intensiver Sonneneinstrahlung und Hitze bieten.
Die Wissenschaftler wollen ihre Arbeiten nun erweitern und untersuchen, wie Nachführsysteme sowie bifaziale Solarmodule den Ansatz weiter verbessern können. Diese Technologien könnten den Energieertrag zusätzlich erhöhen und gleichzeitig eine gleichmäßigere Lichtverteilung für die Pflanzen ermöglichen. Damit entwickelt sich Agri-PV immer stärker zu einem wichtigen Baustein für eine nachhaltige Landwirtschaft.
Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass Agri-Photovoltaikanlagen künftig deutlich effizienter geplant werden können. Statt sich ausschließlich an der Verschattung zu orientieren, sollte die photosynthetisch aktive Strahlung als zentrale Planungsgröße berücksichtigt werden. So lassen sich Solaranlagen wirtschaftlicher auslegen, ohne die Lichtversorgung der Pflanzen und damit die landwirtschaftlichen Erträge zu beeinträchtigen.
Für Landwirte, Projektentwickler und Investoren eröffnet dieser Ansatz neue Perspektiven. Eine gezielte Abstimmung von Pflanzenbedarf und Anlagenkonfiguration kann die Doppelnutzung landwirtschaftlicher Flächen weiter verbessern und den Ausbau der Agri-PV beschleunigen. Mit zusätzlichen Praxiserfahrungen und neuen Technologien könnten sich daraus künftig internationale Planungsstandards für nachhaltige Energie- und Landwirtschaftssysteme entwickeln.
