Mit Agriphotovoltaik Synergien schaffen

Eine Agriphotovoltaik-Anlage unterscheidet sich sowohl in der Funktion der Module, als auch in der Positionierung dieser. Bei Agri-PV-Anlagen können Solarmodule einerseits horizontal in einigen Meter Höhe montiert werden, um die Bodenbearbeitung und die Bewirtschaftung mit landwirtschaftlichen Maschinen zu ermöglichen. Andererseits können vertikale, bifaziale Module errichtet werden, die das Sonnenlicht von beiden Seiten in Solarstrom umwandeln und die Bodenfläche dadurch nicht überbaut wird. Die Anordnung erfolgt Richtung Osten bzw. Westen – damit gelingt ein besonders hoher Stromertrag. Das unterscheidet sie von regulären Freiflächen-Anlagen, deren Module schräg Richtung Süden angebracht werden.

Durch die Positionierung der PV-Module (in Bahnen oder in einiger Meter Höhe) kann die Grundfläche weiterhin bewirtschaftet werden. Das bringt auch zahlreiche weitere Vorteile für die Kulturen mit sich: Die Photovoltaikmodule dienen den Pflanzen als Hitzeschutz, Windschutzgürtel, Hagelschutz sowie Beschattungselement und bieten den Standorten somit eine höhere Widerstandsfähigkeit. Durch die reduzierte Sonneneinstrahlung wird auch der Wasserverbrauch reduziert und der Boden vor Austrocknung geschützt. Somit können die Erträge erhöht und die regionale Wertschöpfung gesteigert werden.

Österreichs erste Agriphotovoltaik-Anlage wurde Ende Oktober 2019 von Wien Energie in Guntramsdorf (NÖ) in Betrieb genommen. Die Pilotanlage mit 60 bifazialen, also doppelseitigen, vertikal montierten Modulen, erzeugt mit einer Leistung von 22,5 kWp Sonnenstrom. Durch die Anordnung der PV-Module in Bahnen lassen sich am Acker gleichzeitig auch Kartoffeln problemlos ernten. Guntramsdorf ist bereits eine Vorreitergemeinde in der Sonnenstromerzeugung. Seit 2015 erzeugt hier eine der größten Photovoltaikanlagen Österreichs Strom für etwa 1.200 Haushalte.

Um den optimalen Einsatz von Agriphotovoltaik sicherzustellen, führt Wien Energie gemeinsam mit der Universität für Bodenkultur Wien (BOKU) eine Analyse der neuen Technologie anhand der Agri-PV-Anlage in Guntramsdorf und am Schafflerhof durch. Erste Ergebnisse der Lebenszyklusanalyse zeigen, dass der CO2-Einsparungseffekt hoch ist, wenn vertikale, zweiseitige Photovoltaik-Module auf einem Kartoffelacker zum Einsatz kommen. Bei heißen und trockenen Jahren hat die Agri-PV-Anlage einen positiven Effekt, weil die Module Schatten werfen. 

Seit Dezember 2020 werden 5.200 Haushalte mit Ökostrom von der größten Agrophotovoltaik-Anlage Österreichs versorgt. Die Anlage von Wien Energie steht auf einer ehemaligen Schotterdeponie in der Donaustadt und hat eine Leistung von 11,5 MW. Insgesamt erzeugt die Anlage im Jahr 13 GWh Sonnenstrom und spart dabei 4.500 Tonnen CO₂ ein.

Auf dem „Schafflerhof“ weiden zwischen den 25.780 Photovoltaik-Modulen Jura-Schafe, die als wandernde „Rasenmäher“ den maschinellen Grünschnitt ersetzen. Das vermeidet Staubentwicklung und Steinschlag, der bei einer herkömmlichen Mahd passieren kann. Zusätzlich wird der Boden geschont und natürlich gedüngt, das führt wiederum zu mehr Artenvielfalt unter dem Sonnenkraftwerk.

Neben klassischen Photovoltaikmodulen werden auch 500 bifaziale Module verbaut. Diese werden senkrecht und in Ost-West-Ausrichtung errichtet. Zwischen den Modulreihen ist hier der Anbau von Getreide oder Gemüse und die Bewirtschaftung mit Traktoren wie auf einem normalen Feld möglich.

Seit Juni 2021 weiden 90 Schafe bei Österreichs größter Agri-Photovoltaik-Anlage in Wien-Donaustadt. Die Fläche von mehr als 12 Hektar eignet sich optimal als naturnahe Weidefläche mit vielfältigen Futterpflanzen und Witterungsschutz durch die Photovoltaikmodule. Die Jura-Schafe sorgen gleichzeitig als natürliche Rasenmäher dafür, dass die Wiese zwischen und unter den 25.000 Photovoltaik-Modulen nicht zu hoch wächst und die Anlage ungestört Sonnenstrom produzieren kann. Damit ersetzen die Tiere den klassischen, maschinellen Grünschnitt.

Die Voraussetzungen für die Beweidung wurden bereits bei der Errichtung der Photovoltaik-Anlage geschaffen. Die Modul-Unterkante ist höher als bei konventionellen Anlagen, zwischen den Modulreihen wurde mehr Platz gelassen und sämtliche elektrische Komponenten wurden Schaf-sicher installiert. Zur Vorbereitung des Bodens wurde eine besondere Ansaatmischung ausgesät. Die Fläche ist zudem standardmäßig umzäunt und die Photovoltaik-Module dienen den Schafen als Unterstand bei Hitze oder Schlechtwetter. Der Schafhalter kontrolliert die Herde einmal täglich.

Damit sich die Herde auf der großen Fläche nicht verliert, werden immer einzelne Abschnitte abgegrenzt und die Tiere wandern abschnittsweise über die gesamte Fläche. Über die Wolle tragen die Tiere Samen und Pollen mit und unterstützen mit dieser natürlichen Verteilung die Erhöhung der Artenvielfalt. Der Schafkot dient zusätzlich als Bio-Dünger. Rund fünf Wochen brauchen die Schafe, um die gesamte Fläche abzugrasen – abhängig von Vegetation und Jahreszeit. Dann beginnt die Mahd von vorne oder die Schafe kommen auf eine andere Fläche. Überwintert werden die Tiere im Stall in Maria Gugging.

In den letzten Jahren konnten wesentliche Erkenntnisse zu dieser Form der Sonnenstrom-Produktion gewonnen werden, die nun weiter vertieft werden.

•  Erhöhte Landnutzungseffizienz durch Agrar-Photovoltaik
  Durch die Kombination der Stromerzeugung mittels Photovoltaik und der Lebensmittelerzeugung auf ein und derselben Fläche, wird die Fläche effizienter als bei einer einfachen Bewirtschaftung genutzt. Ca. 85 Prozent der Fläche werden für Ackerbau, ca.14 Prozent für Blühstreifen und ca. 1 Prozent für das Photovoltaikgerüst verwendet. Die Doppelnutzung ist wirtschaftlich ertragreicher als der reine Anbau von Pflanzen, da der der Landwirt durch den Stromertrag noch eine zusätzliche Einkommensquelle schafft. Es besteht dadurch eine sehr hohe Landnutzungseffizienz.
• Stromerzeugung vergleichbar mit klassischen Photovoltaikmodulen
  Vertikal errichtete Agrarphotovoltaikanlagen produzieren vergleichbar viel Strom wie herkömmlich nach Süden ausgerichtete Anlagen. Durch die Ost-West-Ausrichtung haben sie den Vorteil, dass die Energieerzeugung dann am höchsten ist, wenn auch der meiste Strom benötigt wird. Eine Kombination von klassischen und bifazialen Photovoltaikanlagen bietet damit die Möglichkeit das Erzeugungsprofil über den Tag zu glätten und damit das Stromnetz zu entlasten.
• Blühstreifen fördert Biodiversität
  Zum Schutz der PV-Anlage vor landwirtschaftlichen Beschädigungen wird ein Abstand von ca. 1 Meter zwischen den Modulen und dem Ackerfeld gelassen. Bei der Agrar-PV Schafflerhofstraße wurden drei verschiedene Methoden getestet, um diesen Streifen frei von Unkraut zu halten. Die Ansaat einer speziellen Blühmischung und die mechanische Pflege der Wiesensaat haben sich bewährt. Der Blühstreifen erhöht zudem die Biodiversität.
• Praktikable Bewirtschaftung
  Versuche am Schafflerhof zeigen, dass die Bewirtschaftung des Agrar-Photovoltaik-Ackers problemlos funktioniert. Der zehn Meter breite Abstand zwischen den Modulen ermöglicht das herkömmliche Benutzen von Maschinen. Die landwirtschaftliche Bewirtschaftung zwischen bifazialen Photovoltaikmodulen ähnelt damit der normalen Landwirtschaft.