Agri-Photovoltaik – Das fehlende Puzzle für Energiewirte und Agrarenergie: Landwirtschaftliche Stromerzeugung bzw. Stromgewinnung mit Agri-PV

Wenn man von bäuerlicher Energiewirtschaft oder der Nutzung erneuerbarer Energien in der Landwirtschaft spricht, so denkt man meist zunächst an Biogasanlagen. Tatsächlich haben sich in den letzten 10 Jahren diese Anlagen weiter verbreitet und machen einen wesentlichen Anteil der erneuerbaren Energien in der Landwirtschaft bei der Stromerzeugung aus (2021 mit 18,45 %).

Der Großteil der Biomasse kommt aus der Landwirtschaft aus den Reststoffen wie Mist, Gülle und Stroh. Laut Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) wird davon nur ein Drittel des Potenzials ausgeschöpft. An zweiter Stelle in der Nutzung der Biomasse folgt Energieholz, also Wald- und Industrierestholz sowie Altholz. Dieses Potenzial wird bereits zu zwei Dritteln genutzt.

Ein wichtiger Vorteil der Bioenergie ist, dass sie gespeichert werden kann und Schwankungen bei Wind- und Sonnenenergie ausgleicht.

Besonders ausgeprägt sind die Nachteile der Bioenergie bei Anbau von Biomasse. Landwirtschaftliche Flächen, auf denen Energiepflanzen angebaut werden, können nicht mehr für die Nahrungs- und Futtermittelproduktion genutzt werden. Die steigende Nachfrage nach Biomasse führt zu Veränderungen in der Landnutzung. Langfristig kann dieser Wettbewerb unter anderem landwirtschaftliche Produkte verteuern.

Weiterhin ist Biomasse die am wenigsten effiziente Nutzung erneuerbarer Energien. Ihr Wirkungsgrad (d. h. die auf einer bestimmten Fläche produzierte Energiemenge) liegt zwischen 0,5 und 1 %. Der Wirkungsgrad eines Solarmoduls liegt bei etwa 20 %. Wind- und Solarenergie übertreffen Biomasse in der Flächeneffizienz deutlich.

Anteil Erneuerbarer Energieträger an der Bruttostromerzeugung in Deutschland in den Jahren 2020 und 2021 – Bild: Xpert.Digital

Die Statistik zeigt den Anteil Erneuerbarer Energieträger an der Bruttostromerzeugung in Deutschland in den Jahren 2020 und 2021. Im Jahr 2021 wurden rund 7,5 Prozent der gesamten Bruttostromerzeugung in Deutschland von Biomasse produziert.

Anteil Erneuerbarer Energieträger an der Bruttostromerzeugung in Deutschland 2020

• Windkraft (Onshore) – 18,40 in %
• Photovoltaik – 8,60 in %
• Biomasse – 7,80 in %
• Windkraft (Offshore) – 4,80 in %
• Wasserkraft – 3,30 in %
• Siedlungsabfälle – 1 in %
• Geothermie – 0,04 in %

Anteil Erneuerbarer Energieträger an der Bruttostromerzeugung in Deutschland 2021*

• Windkraft (Onshore) – 15,80 in %
• Photovoltaik – 8,80 in %
• Biomasse – 7,50 in %
• Windkraft (Offshore) – 4,30 in %
• Wasserkraft – 3,40 in %
• Siedlungsabfälle – 1 in %
• Geothermie – 0,03 in %

*Vorläufig.

Erneuerbare Energien – Stromerzeugung in Deutschland nach Energieträger 2011 und 2021 – Bild: Xpert.Digital

Leistung der Biomasse

2011 lag der Anteil der Biomasse für die Bruttostromerzeugung aus nur Erneuerbaren Energien (124,02 Terrawattstunden/TWh) bei 25,88 %. 2021 betrug die Gesamt-Bruttoerzeugung der Erneuerbaren Energien  238 TWh. Das ist nach 10 Jahren eine Steigerung von knapp 92 %. Der Anteil der Biomasse lag 2011 noch bei 25,88 %. 2021 ging der Anteil auf 18,45 % zurück.

Leistung der Windenergieanlagen

Auch die Onshore-Windenergie steigerte ihre Stromerzeugung deutlich. Zurückzuführen ist dies auf den Zuwachs der installierten Leistung insbesondere in den Jahren 2014 bis 2017. In den vergangenen Jahren ging der Zubau jedoch deutlich zurück. Deutlichen Schwankungen unterlag zuletzt auch der Markt für Windenergieanlagen auf See .

Leistung der Erneuerbare Energien (EE) Anlagen weltweit

Weltweit nimmt die installierte Leistung der Erneuerbaren Energien-Anlagen jährlich zu. Zuletzt war die meiste Leistung in Asien installiert. Europa verzeichnete knapp halb so viel installierte Leistung wie Asien. Unter den Erneuerbaren Energie-Anlagen war weltweit die Wasserkraft der Energieträger mit der bisher meisten installierten Leistung.

Bruttostromerzeugung aus Erneuerbaren Energien in Deutschland nach Energieträger im Jahresvergleich 2011

• Onshore-Windkraft – 49,20 in Terawattstunden
• Photovoltaik – 19,60 in Terawattstunden
• Biomasse – 32,10 in Terawattstunden
• Offshore-Windkraft – 0,60 in Terawattstunden
• Wasserkraft* – 17,70 in Terawattstunden
• Hausmüll** – 4,80 in Terawattstunden
• Geothermie – 0,02 in Terawattstunden

Bruttostromerzeugung aus Erneuerbaren Energien in Deutschland nach Energieträger im Jahresvergleich 2021

• Onshore-Windkraft – 92 in Terawattstunden
• Photovoltaik – 51,20 in Terawattstunden
• Biomasse – 43,90 in Terawattstunden
• Offshore-Windkraft – 25,30 in Terawattstunden
• Wasserkraft* – 19,70 in Terawattstunden
• Hausmüll** – 5,70 in Terawattstunden
• Geothermie – 0,20 in Terawattstunden

* Erzeugung in Lauf- und Speicherwasserkraftwerken sowie Erzeugung aus natürlichem Zufluss in Pumpspeicherkraftwerken.
** Nur Erzeugung aus biogenem Anteil des Hausmülls (ca. 50 Prozent).

Auch wenn sich die Biomasse in den letzten 10 Jahren nicht so weiterentwickelt hat und von der Photovoltaik überholt wurde, bleibt die Speicherung und Verfügbarkeit von Biomasse gegenüber der Photovoltaik ein entscheidender Vorteil, der entsprechend forciert werden muss. Es ist allen Beteiligten klar, dass man die Biomasse nicht vergleichsweise in dem Maße ausbauen kann wie bei der Sonnenstromgewinnung. Vor allem im Ausbau der bereits vorhandenen Potenziale kann mit Biomasse noch viel erreicht werden.

Den Nachteil der schlechten Energiespeicherung kann auch die Agri-Photovoltaik nicht ausgleichen. Im Vergleich zur Biomasse gibt es mit Stromspeicher keine vergleichbare Größenordnung im Bezug einer positiven Ökobilanz. Kurz gesagt: Biomasse wird in der Energiespeicherung bzw. Vorratshaltung immer günstiger sein als ein Stromspeicher, was sich auch in der Ökobilanz bemerkbar macht. Die Ökobilanz von Stromspeichern ist nur dann gut, wenn die in der Produktion für den Stromspeicher eingesetzte Energie im Nutzungsprozess eingespart wird.

Die Kombination und Erweiterung der Funktionalität von Biomasse mit Agri-Photovoltaik ergibt eine Verdichtung und Potenzialsteigerung in der landwirtschaftlichen Stromgewinnung!

Dank transparenter Solarmodule steht den ländlichen Gebieten mit aktiver Landwirtschaft eine erweiterte und kostengünstige Energiequelle zur Verfügung. Also für Flächen, die eigentlich fruchtbaren und wertvollen Boden für die Landwirtschaft darstellen und nicht für Photovoltaik-Stromgewinnung verwendet werden können, wie etwa Freiflächenanlagen.

Durch Lichtdurchlässigkeit transparenter Solarmodule, kann sowohl Strom erzeugt werden und gleichzeitig den Anbau und die Kultivierung von Pflanzen ermöglichen.

Anders sieht es bei Anlagen aus, die auch als Freiflächenanlagen, Freiluftanlagen oder Solarparks bezeichnet werden. Voraussetzung für diese Anlagen sind, dass eine rentable landwirtschaftliche Bewirtschaftung bei Nutzung dieser Flächen nicht möglich ist. Dies sind „benachteiligte Gebiete“, in denen schwierige natürliche Produktionsbedingungen aufgrund von Höhenlage, Neigung, klimatischen Bedingungen, Zugänglichkeit oder schlechter Bodenqualität eher zur Aufgabe der Landwirtschaft führen als nicht-benachteiligte Gebiete. Benachteiligte Gebiete werden in Berggebiete, benachteiligte landwirtschaftliche Gebiete und kleine Gebiete unterteilt.

Auch die Bodenbeschaffenheit bzw. Bodenfruchtbarkeit (Bodenpunkte) spielt hier eine wichtige Rolle. Dazu gehört die Landwirtschaftliche Vergleichszahl (LVZ). Es stellt die ungefähre landwirtschaftliche oder gärtnerische Rentabilität eines landwirtschaftlichen Betriebs gemäß dem am 16. Oktober 1934 verabschiedeten Gesetz über die Bewertung von Ackerland dar. LVZ-Berechnungen beinhalten Faktoren wie Bodenfruchtbarkeit, allgemeine Bodenbedingungen, Bodenqualität, klimatische Bedingungen und Bodenbewässerung.

Wenn also diese Punkte und Bodenverhältnisse positiv bewertet werden und daher eine Genehmigung negativ ausfällt, auf dieser nutzbaren Agrarflächen einen Solarpark bzw. Photovoltaik-Freiflächenanlage zu errichten, dann wird die Agrarphotovoltaik hier als erweitere und potenzialverdichtende Maßnahme interessant. Diese Methodik ermöglicht quasi eine doppelte Auslastung der Agrarfläche.

Agriphotovoltaik für Landwirtschaft und Energiewende – Bild: Xpert.Digital / affendi shahidan|Shutterstock.com

Passend dazu:

• Agri-PV-Anlagen / AgriPV: Eine riesige Chance mit Agriphotovoltaik für Landwirtschaft und Energiewende

Deutschland hat durch die Nivellierung des EEG die Voraussetzungen geschaffen, damit AgriPV Anlagen auf breiter Front gebaut werden können und die Erträge auch vergütet werden. Dieses Umdenken ist auch dringend nötig, da so viele Flächen wie möglich für den weiteren Ausbau der Photovoltaik herangezogen werden können. Ansonsten sind die für die Energiewende in Europe angestrebten Ziele beim Solarausbau überhaupt nicht zu schaffen. Die Doppelnutzung landwirtschaftlicher Flächen ist für Deutschland ein wesentlicher Faktor, um die angestrebte Vervierfachung der PV-Installation in nur 7 Jahren auf 215 Gigawatt bis 2030 zu erreichen. In den letzten 25 Jahren wurden ca. 54 GW installiert.

Ein großer Vorteil der dezentral angelegten AgriPV Anlagen liegt darin, dass deren Stromertrag oft zu einem erheblichen Teil lokal genutzt wird, und der Netzanschluss im Regelfall keinen so starken Netzausbau wie bei anderen Freiflächenanlagen erfordert. Zwei unterschiedliche Systeme haben sich entwickelt.

Der modulare Bausatz besteht aus Stützen mit einer Höhe von 2,20 bis 2,60 Metern, Wechselrichter sowie sechs 300-Watt-Modulen.

Die Module haben eine Transparenz von 40 Prozent, besitzen vorne und hinten gehärtetes Solarglas mit einer Dicke von jeweils zwei Millimetern und einer Antireflexbeschichtung. Laut Hersteller sind diese extrem haltbar. Die lineare Leistungsgarantie beträgt 30 Jahre auf 88 Prozent der Ausgangsleistung, wobei der Hersteller die Lieferung mit Plustoleranz zusichert.

Der Aufbau des Bausatzes soll sich laut Hersteller binnen zwei Stunden erledigen lassen. Ein Betonfundament ist nicht nötig, stattdessen können die an den Stützen angeschweißten Platten mit Erdnägeln im Boden verankert werden. Unter den Solarmodulen lassen sich dann zum Beispiel Beerensträucher pflanzen.

Beeren & Kernobst Agri-PV – Bild: Xpert.Digital

Semi-transparente bzw. teiltransparente Solarmodule – Bild: Xpert.Digital

In einer Forschungsanlage der „Modellregion Agri-Photovoltaik Baden Württemberg“ kommen bereits unsere teiltransparenten M50 – 260W Solarmodule zum Einsatz.

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