Wenn es darum geht, Solaranlage und Pflanzenbau zu kombinieren, kommen mehrere Konzepte in Frage. Allen gemeinsam ist, dass die Pflanzen noch genügend Licht zum Wachsen erhalten müssen, damit es nicht zu größeren Ernteeinbußen kommt. Außerdem muss die Bearbeitung der Äcker oder Obstanlagen mit Landmaschinen noch möglich sein.
Der Klassiker: Solarmodule über der Anbaufläche
In der Praxis kommen daher meist zwei verschiedene Konzepte zum Einsatz. Das erste nutzt Reihen konventioneller Solarmodule, die auf einer drei bis fünf Meter hohen Unterkonstruktion stehen. Die Solarmodule können dabei fest verbaut sein oder beweglich angebracht und mittels Nachführung dem Sonnenstand folgen. Die „Aufständerung“ schafft unter den Modulen genug Platz, um mit Traktoren und anderen Landmaschinen darunter hindurch zu fahren. Der Abstand zwischen den Solarmodulreihen ist zudem so gewählt, dass noch genügend Licht hindurchfällt.
Ein Beispiel für dieses bisher am häufigsten eingesetzte Agri-PV-Konzept ist unter anderem eine 2016 installierte Pilotanlage in Heggelbach am Bodensee. Dort sind auf einer Fläche von 25 mal 136 Meter aufgeständerte Reihen von jeweils 3,50 Meter breiten Solarmodulen mit 9,50 Meter Zwischenraum angeordnet. Mit einer installierten Leistung von 194 Kilowatt konnten dort beispielsweise im Jahr 2020 rund 265.000 Kilowattstunden Sonnenstrom produziert werden, wie das Fraunhofer ISE mitteilt. Rein rechnerisch reicht dieser Strom für 62 Vier-Personen-Haushalte, praktisch diente er aber primär dazu, den Strombedarf der Hofgemeinschaft und für die Verarbeitung der Ernte zu decken.
Der Innovative: Senkrecht zwischen den Pflanzen
Beim zweiten Konzept sind die Solarmodule nicht aufgeständert, sondern auf niedrigeren Gestellen angebracht. Sie stehen dadurch nicht über, sondern zwischen den Pflanzenreihen. Auch dies lässt Platz für die Bearbeitung der Kulturen, vor allem, wenn die Solarmodule dabei senkrecht aufgestellt werden. Dafür besonders geeignet sind bifaziale Solarzellen, die das von beiden Seiten einfallende Sonnenlicht nutzen können.
Meist werden diese Module so aufgestellt, dass ihre Seiten nach Osten und Westen zeigen. Dadurch entgeht diesen Solarmodulen zwar die intensive Mittagssonne, dafür fällt das Licht zweimal am Tag – vormittags und nachmittags – auf die beiden Modulflächen. Wie eine Studie im Jahr 2022 ermittelte, liegt die Stromausbeute eines solchen Bifazialmoduls bei rund 999 Wattstunden pro installiertem Watt und Jahr – und steht damit der Stromgewinnung durch ein gängiges nach Süden geneigtes Modul mit 1020 Wattstunden pro Jahr und Watt kaum nach.
Positiv auch: Weil die senkrechten PV-Module ihren Strom antizyklisch zu den gängigen Dachsolaranlagen produzieren, können sie helfen, Schwankungen im Stromnetz auszugleichen. Ein Beispiel für eine Agri-Solaranlage mit senkrechten Bifazialmodule ist unter anderem der Bürgersolarpark Aasen bei Donaueschingen. Dort sind Solarmodule in 33 Reihen mit je zehn Metern Abstand aufgestellt, insgesamt hat die Anlage eine installierte Leistung von 4,1 Megawatt. Zwischen den Solarmodulreihen wird Grünfutter für die Tierhaltung angebaut.
Der Geschlossene: Solarmodule für Gewächshäuser
Eine dritte Form der Agri-Photovoltaik ist die Kombination von Solaranlagen mit Gewächshäusern. Bei dieser sogenannten geschlossenen Agri-Photovoltaik wird ein Teil der Glasscheiben in Gewächshäusern durch Solarmodule ersetzt, alternativ werden im Innenraum der Glashäuser geständerte Module aufgestellt. Der Vorteil hierbei: Bei vielen Gewächshäusern müssen die Pflanzen ohnehin durch zeitweilige Abschattung gegen zu starke Sonneneinstrahlung geschützt werden. Setzt man dafür Solarmodule ein, wird gleichzeitig Strom produziert.
Noch effizienter würden solche Photovoltaik-Gewächshäuser allerdings, wenn man organische Dünnschicht-Solarzellen verwenden könnte. Denn diese lassen sich so herstellen, dass sie nur bestimmte, nicht für die pflanzliche Photosynthese nötige Wellenanteile des Lichts zur Energiegewinnung absorbieren. Dadurch wären solche Solarmodule für das sichtbare Licht ganz oder zumindest teilweise transparent. Forscher arbeiten bereits daran, die bisher wenig stabilen transparenten Solarzellen haltbarer und ständiger zu machen.
