Sonnenenergie – eine vielfältige Alternative
Die Photovoltaik übernimmt eine zentrale Rolle in dem CO2-freien Energiesystem
Die Europäische Union erlebt zurzeit eine erschreckende Energiekrise, die die Inflation maßgeblich antreibt, die den sozialen Frieden in der Europäischen Union zu zerreißen droht und die Lage dürfte sich in den kommenden Monaten noch verschlimmern. Die EU-Kommission hat mittlerweile eine Reform des europäischen Strommarktes eingeleitet, sie kommt für viele Betriebe und Haushalte zu spät. Das bisher angewandte Merit-Order-Prinzip ist obsolet und bedarf der umgehenden Änderung.
Das Ziel einer gerechten EUEnergiepolitik besteht darin, die Anbieter mit den günstigsten und effizientesten Technologien zu belohnen und deren Erzeugung zu unterstützen. Es sind vor allem die Windkraft, die Solarenergie und die Wasserkraft, welche die geringsten Energiekosten aufweisen, deshalb kann es nur lauten: „Je mehr Ökostrom in das Verbundnetz eingespeist wird, desto weniger teure Kraftwerke werden am Netz benötigt.“ von erneuerbarer elektrischer Energie vorgestellt werden.
PV-Anlagen auf still gelegten Deponien
In Luxemburg gibt es mittlerweile einige still gelegte Deponien, welche sich hervorragend für die Errichtung von PVFreiflächenanlagen eignen. Die nach Süden ausgerichteten Böschungen bieten günstige Voraussetzungen für die Errichtung einer Photovoltaik-Anlage, die PV-Module können in dichter Anordnung aufgestellt werden. Bei der Planung der Photovoltaik-Anlage sollte die Rekultivierung ebenfalls ein Element der Diskussion sein. Falls die Beweidung mit Schafen angedacht ist, müssen die PV-Module einen Mindestabstand von 80 cm vom Erdboden ausweisen, dies wegen der Verletzungsgefahr der Tiere.
Das Anlegen von Blumenwiesen mitsamt dem Aufstellen von Bienenstöcken dient der Erhöhung der Biodiversität auf den Deponien. Als Beispiel möge die vier Hektar große Deponie Coesfeld-Flamschen (NordrheinWestfalen) angeführt werden. Mit der Aufstellung von PV-Anlagen verfügt der Standort über eine installierte Leistung von insgesamt 1 830 kWp. Die durchschnittliche jährliche Erzeugung beträgt 1 700 000 kWh. Durch die sinnvolle Nutzung der Deponiefläche wird die erneuerbare elektrische Energie erzeugt und parallel der Verbrauch von fossilen Brennstoffen verringert.
Diese Art der Erzeugung elektrischer Energie könnte zum Beispiel auf der Deponie in Strassen längs der Autobahn erfolgen, die Errichtung einer Schallschutzwand würde den von der Autobahn hervorgerufenen Lärm stark vermindern.
Die Erzeugung elektrischer Energie
über den Agrarflächen
Diese Technologie beinhaltet die Bereitstellung von Nahrungsmitteln (Photosynthese) und die Erzeugung von erneuerbarer elektrischer Energie auf derselben Fläche (Photovoltaik). Der permanente Druck auf die Ressource Boden verringert die landwirtschaftlich genutzten Flächen stetig, sodass es Sinn macht, die verbleibenden Flächen zum Teil doppelt zu nutzen.
Diese Technologie hat sich während der letzten Jahren dynamisch entwickelt und in fast allen Regionen der Welt verbreitet. Die installierte Leistung erhöhte sich von fünf MWp im Jahr 2012, auf 2,9 GWp im Jahr 2018 und auf 14 GWp im Jahr 2020. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energietechnik (ISH) in Freiburg leitet ein Projekt auf dem Heggelbachhof am Bodensee. Die Versuchsfläche umfasst 2,5 Hektar – ein Drittel wurde mit PV-Modulen mit einer installierten Leistung von 194,4 kWp ausgerüstet, die auf mehrere Meter hohen Konstruktionen installiert sind, damit die landwirtschaftliche Nutzung weitergeführt wird.
Die PV-Module beschatten die landwirtschaftliche Fläche und dies wirkt sich in trockenen Jahren positiv auf die Erträge aus. Die halbtransparenten PV-Module erlauben den Kulturen auf der Agrarfläche genügend Sonnenlicht zu erhalten. Die restliche Versuchsfläche dient als Referenzfläche zum Vergleich der Erträge.
Während der Pilotphase wurden vier Kulturen untersucht, unter anderem Kartoffeln und Winterweizen. Den ersten Testergebnissen entnimmt man, dass Mais weniger geeignet ist – Raps, Spargeln, Erbsen erleiden keinen Mangel und bei Kartoffeln und Leguminosen hat sich durch die Beschattung ein höherer Ertrag eingestellt.
Eine weitere Möglichkeit der Agri-PV stellt die senkrechte Aufstellung der PV-Module dar – die Freifläche zwischen den PV-Modulen muss mindestens acht Meter betragen. Durch die Aufstellung bifazialer PV-Module (in Nord-Südrichtung), welche mit Solarzellen auf den beiden Seiten bestückt sind, kann die Sonneneinstrahlung auf der Vorder- und der Rückseite genutzt werden. Diese PV-Anlagen sind besonders landwirtschaftsfreundlich und liefern einen hohen Ertrag gegenüber den PV-Anlagen, welche nach Süden ausgerichtet sind.
Die Aufständerung erlaubt einerseits das Mähen und das Einbringen von Heu und andererseits die Beweidung mit Schafen, Hühnern und Rindern. Bei diesem Konzept bleiben bis zu 90 Prozent der Fläche für die landwirtschaftliche Nutzung erhalten. Bei Sonderkulturen wird erwartet, dass die Überdachung durch die Agri-PV-Module hilft, die Kulturen vor Starkregen, Hagel und direkter Sonneneinstrahlung zu schützen. Das Regenwasser kann aufgefangen und gespeichert werden, um es zu einem späteren Zeitpunkt in die Kulturen einzubringen.
Am Bio-Obsthof Nachtwey in Gelsdorf bei Ahrweiler wurde im Frühjahr 2021 von ISH eine Agri-PV mit 258 kWp Leistung installiert. Die Gesamtversuchsfläche umfasst etwa 91 Ar und die Agri-PV-Anlage beansprucht dabei etwa ein Drittel der Fläche. Hier sollen unter anderem das Lichtmanagement, die Landschaftsästhetik und die unterschiedlichen pflanzenbaulichen Parameter untersucht werden.
Des Weiteren möchte man in Erfahrung bringen, inwieweit die Agri-PV-Anlagen die Schutzfunktion der Hagelschutznetze im Obstanbau übernehmen können. Die transparenten Agri-PVModule liefern wohl eine geringere Menge an elektrischer Energie
als die Standard-PV-Module, aber sie garantieren eine optimale Beschattung, außerdem bieten sie einen maximalen Schutz für die Pflanzen an. Der geringere Energieertrag wird teilweise durch den Kühlungseffekt des Pflanzenwachstums kompensiert, denn die PV-Module bringen den höchsten Ertrag bei maximal hoher Sonneneinstrahlung, jedoch möglichst geringer Umgebungstemperatur. In den aufkommenden Trockenperioden lassen sich die Ernteausfälle reduzieren oder sogar vermeiden. Der Bewässerungsbedarf sinkt durch die Teilverschattung.
Laut den Informationen des Energieministeriums wird es demnächst auch möglich sein, die ersten Projekte mit der AgriPV in Luxemburg in Angriff zu nehmen. In der Landwirtschaft, im Weinbau, im Obstbau und im Gemüsebau sehe ich ein großes Potenzial, denn diese Technologie wird uns im Kampf gegen den Klimawandel mit den zu erwartenden Hagel- und Dürreschäden sowie Sturzregen einen hohen Schutz bieten. Im Rahmen der politisch geforderten Energiewende soll die Nutzung der Solarenergie auf den landwirtschaftlichen Flächen intensiv gefördert werden – denn die AgriPV ermöglicht die Lebensmittelund die Stromproduktion auf derselben Fläche. Die landwirtschaftlichen Betriebe erhalten ein zusätzliches Einkommen und die wirtschaftliche Entwicklung der ländlichen Gebiete wird gesteigert.
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Die Schlussfolgerung
Der Autor ist Prof. Dr.-Ing. i.R. www.umwelt.nrw.de/extern/epaper/2014/ photovoltaikanlagen_auf_deponien
Agri-PV – eine Chance für Landwirtschaft und Energiewende ISH Freiburg