Einleitung
Als innovative Technologie ermöglicht Agrivoltaik die doppelte Nutzung von landwirtschaftlichen Flächen durch die Installation von Solarmodulen auf Ackerland, Weiden oder in Gewächshäusern. Dieser Ansatz steigert die Flächeneffizienz erheblich, indem er sowohl Energie als auch landwirtschaftliche Erträge erzeugt. Doch eine zentrale Frage bleibt: Blockieren die Solarmodule das Sonnenlicht und beeinträchtigen sie dadurch das Pflanzenwachstum?
Mögliche Auswirkungen der Agrivoltaik auf das Pflanzenwachstum
Die Installation von Solarmodulen auf landwirtschaftlichen Flächen bietet nicht nur eine Stromquelle für landwirtschaftliche Betriebe, sondern verbessert auch die Flächennutzungseffizienz. Während die Energienutzung optimiert wird, verändern Solarmodule jedoch auch die Wachstumsbedingungen der Pflanzen. Diese Auswirkungen können erhebliche Vorteile für das Pflanzenwachstum bieten, unter bestimmten Bedingungen aber auch Herausforderungen mit sich bringen.
1. Positive Auswirkungen
Schatten reduziert Hitzestress
Agrivoltaikanlagen tragen dazu bei, den Hitzestress von Pflanzen während heißer Wetterperioden zu verringern, indem sie Schatten spenden. Laut einer Studie des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE) in Deutschland kann eine hohe Temperatur die Photosyntheseeffizienz um 15 %–30 % reduzieren, was zu Blattverbrennungen und Wachstumsstörungen führen kann. Der Schatten der Solarmodule kann die Bodentemperaturen im Durchschnitt um 3°C bis 5°C senken, wobei die Kühlwirkung insbesondere zur Mittagszeit im Sommer am stärksten ist. In einem Tomatenversuch reduzierte der geschützte Bereich unter den Solarmodulen den Blattschaden um 20 % und führte zu einer 10 %–15 % höheren Wachstumsrate. Zudem verlängerte das gedämpfte Sonnenlicht die optimale Photosyntheseperiode bei bestimmten Pflanzen, wodurch stabilere Wachstumsbedingungen geschaffen wurden.
Verbesserte Bodenfeuchtigkeit
Die Verschattung durch Solarmodule reduziert nicht nur die direkte Sonneneinstrahlung, sondern senkt auch die Verdunstungsrate des Bodens, wodurch die Bodenfeuchtigkeit erheblich erhöht wird. Eine Studie in ariden Regionen ergab, dass die Bodenfeuchtigkeit unter Agrivoltaik-Anlagen um 15 %–25 % höher lag als auf ungeschützten Flächen. In einem Versuchsfeld in Südeuropa konnte durch den Einsatz von Solarmodulen die Bewässerungshäufigkeit um 20 %–30 % gesenkt werden, was zu einer jährlichen Wassereinsparung von 3.000 bis 4.000 Kubikmetern pro Hektar führte. Eine erhöhte Bodenfeuchtigkeit trägt nicht nur zur Ressourcenschonung bei, sondern verbessert auch die Wasserverfügbarkeit für Pflanzenwurzeln, was insbesondere für schattenverträgliche Futtergräser und wasserintensive Kulturen wie Reis von Vorteil ist.
Effizientere Lichtnutzung
Speziell entwickelte Solarmodule können intensives direktes Sonnenlicht in stärker gestreutes Licht umwandeln und so ein vorteilhafteres Lichtumfeld für Pflanzen schaffen. Laut einer Agrivoltaik-Studie aus Japan aus dem Jahr 2021 kann ein erhöhter Anteil an diffusen Lichtanteilen die Photosyntheseeffizienz um 15 %–25 % steigern, insbesondere bei schattenliebenden Pflanzen wie Spinat und Erdbeeren. In einem Versuch wiesen Erdbeeren, die unter Agrivoltaik-Bedingungen angebaut wurden, einen um 8 % höheren Zuckergehalt und eine um 12 % höhere Chlorophyllkonzentration auf. Darüber hinaus sorgt eine wissenschaftlich geplante Modulplatzierung für eine gleichmäßigere Lichtverteilung, wodurch Verschattungseffekte reduziert und sowohl Erträge als auch Qualität optimiert werden. Eine weitere Studie ergab, dass Reisfelder unter Agrivoltaik-Bedingungen eine durchschnittlich über 10 % höhere Ernte erzielten, ohne dass zusätzlicher Wasser- oder Düngemitteleinsatz erforderlich war.
2. Mögliche negative Auswirkungen
Übermäßige Verschattung kann die Photosynthese hemmen
Obwohl Solarmodule die Temperaturen senken, kann eine zu starke Verschattung die Lichtintensität reduzieren, die für das Wachstum von Pflanzen erforderlich ist – insbesondere für sonnenliebende Kulturen. Eine 2020 von der US-Landwirtschaftsbehörde (USDA) durchgeführte Studie ergab, dass eine Verschattung von mehr als 40 % die Photosyntheseeffizienz von Mais um etwa 12 % senkte und das Wachstum deutlich beeinträchtigte. Zudem kann eine verlängerte Beschattung den Wachstumszyklus bestimmter Pflanzen verlängern und die Ernte verzögern. Beispielsweise benötigte unter einer 50%igen Verschattung angebautes Zuckerrohr 15 Tage länger bis zur Reife, und die Pflanzenhöhe verringerte sich um 20 %.
Unregelmäßige Lichtverteilung kann zu uneinheitlichem Pflanzenwachstum führen
Fest installierte Solarmodule können ungleichmäßige Schatten werfen, was die Wachstumsbedingungen der Pflanzen erheblich beeinflussen kann. Eine 2020 von Fraunhofer ISE durchgeführte Feldstudie zeigte, dass die Biomasse von Pflanzen in dauerhaft beschatteten Bereichen um 25 %–30 % niedriger war als in voll beleuchteten Zonen. In einem Testfeld war die Anzahl der Tomaten unter den Modulen um 18 % reduziert, während die Früchte in den voll beleuchteten Bereichen zahlreicher, aber im Durchschnitt um 5 % leichter waren. Eine ungleichmäßige Beleuchtung kann auch zu größeren Unterschieden in der Pflanzenhöhe führen, was die Effizienz der Ernte beeinträchtigen kann.
Auswirkungen auf die Pflanzeneigenschaften
Verschattung beeinflusst nicht nur das Wachstumstempo, sondern kann auch die Qualität und das Erscheinungsbild von Kulturen verändern. Eine 2021 vom französischen Nationalen Forschungsinstitut für Landwirtschaft, Ernährung und Umwelt (INRAE) durchgeführte Studie ergab, dass der Zuckergehalt von Trauben unter einer 30%igen Verschattung um etwa 5 % sank und die Schalenfarbe heller wurde. Ebenso verlängerte sich die Reifezeit von Erdbeeren unter starker Verschattung um 7 Tage, während die Süße leicht abnahm. Solche Veränderungen können für den Anbau von hochwertigen Erzeugnissen mit strengen Qualitätsstandards eine Herausforderung darstellen und erfordern zusätzliche Managementmaßnahmen.
Wie sich negative Auswirkungen der Agri-Photovoltaik auf das Pflanzenwachstum minimieren lassen
Optimierte Solarmodul-Designs
Durch den Einsatz bifazialer Solarmodule kann die Energieerzeugungseffizienz gesteigert und gleichzeitig der Einfluss auf das Pflanzenwachstum reduziert werden.
Bifaziale Module erfassen Sonnenlicht sowohl von der Vorderseite als auch reflektiertes Licht vom Boden, wodurch der Anteil an diffusem Licht erhöht und das photosynthetische Umfeld verbessert wird. Laut einer 2021 von Fraunhofer ISE durchgeführten Studie erzeugen bifaziale Module 15 %–25 % mehr Strom als monofaziale Module und erhöhen die Intensität des diffusen Lichts in beschatteten Bereichen um 20 %–30 %.
Wissenschaftlich fundierte Anordnung und Pflanzenwahl
Eine strategische Anordnung der Solarmodule und eine gezielte Pflanzenauswahl sind entscheidend, um negative Auswirkungen zu minimieren. Eine optimale Modulabstandsplanung (z. B. ein Verhältnis von 1:2 oder 1:3) gewährleistet eine gleichmäßigere Lichtverteilung und reduziert Ertragseinbußen. Studien zeigen, dass bei optimierter Anordnung die Weizenerträge nur um 3 %–5 % sanken, während die Photovoltaikeffizienz um 12 %–15 % stieg. Zudem gedeihen schattentolerante Kulturen wie Spinat und Futtergräser besonders gut unter Agri-Photovoltaik-Bedingungen.
Umwelt- und wirtschaftliche Vorteile der Agri-Photovoltaik
Die Innovation der Agri-Photovoltaik bietet Landwirten erhebliche Vorteile und hilft ihnen, moderne agrarwirtschaftliche Herausforderungen besser zu bewältigen. Aus ökologischer Sicht ersetzt die Agri-Photovoltaik fossile Brennstoffe durch saubere Energie und reduziert pro Megawatt installierter Solarleistung jährlich etwa 700 Tonnen CO₂-Emissionen. Zudem verringert sie die Verdunstung von Oberflächenwasser, verbessert die Bodenfeuchtigkeit und steigert die Landnutzungseffizienz – insbesondere in trockenen Regionen oder Gebieten mit begrenztem landwirtschaftlichem Nutzland.
Aus wirtschaftlicher Perspektive generiert die Agri-Photovoltaik zusätzliche Einkünfte für Landwirte. Schätzungen zufolge können die jährlichen Einnahmen um 2.000 bis 5.000 Euro pro Hektar steigen. Gleichzeitig sinken die Kosten für Bewässerung und Energieverbrauch, wodurch die betrieblichen Gesamtausgaben reduziert werden. Darüber hinaus ziehen Agri-Photovoltaik-Projekte politische Fördermaßnahmen und Investitionen an, schaffen Arbeitsplätze in ländlichen Gebieten und fördern die regionale wirtschaftliche Entwicklung.
Fazit
Die Installation von Solarmodulen auf Ackerflächen, Weiden und Gewächshäusern ermöglicht eine effizientere Landnutzung und bringt erhebliche ökologische sowie wirtschaftliche Vorteile mit sich. Ökologisch gesehen senkt die Agri-Photovoltaik den CO₂-Ausstoß um rund 700 Tonnen pro Megawatt und Jahr, reduziert Oberflächentemperaturen und Verdunstungsraten und verbessert die Bodenfeuchtigkeit – ein entscheidender Vorteil für trockene und wasserarme Anbaugebiete. Darüber hinaus trägt der durch Solarpaneele erzeugte Schatten dazu bei, Hitzestress bei Pflanzen zu verringern, und optimiert die Qualität des diffusen Lichts, was die Photosyntheseeffizienz erhöht.
Herausforderungen wie übermäßige Verschattung oder ungleichmäßige Lichtverteilung können durch dynamische Nachführsysteme, bifaziale Solartechnologie sowie eine wissenschaftlich fundierte Anordnung der Module und die gezielte Auswahl von Kulturen effektiv bewältigt werden. Insgesamt bietet die Agri-Photovoltaik nicht nur wirtschaftliche Vorteile für Landwirte, sondern auch eine innovative Lösung zur Integration nachhaltiger Landwirtschaft mit erneuerbaren Energien. Mit fortschreitender technologischer Entwicklung und politischer Unterstützung wird die Zukunft der Agri-Photovoltaik zunehmend vielversprechend.
Über Maysun Solar
Seit 2008 steht Maysun Solar an der Spitze der Herstellung hochwertiger Photovoltaikmodule. Mit einem breiten Angebot an Technologien wie IBC, HJT und TOPCon sowie innovativen Balkonsolaranlagen unterstützen wir die globale Energiewende. Kontaktieren Sie uns für aktuelle Angebote – wir begleiten Sie auf dem Weg zu einer sauberen, nachhaltigen Zukunft.
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