Geniale Doppelnutzung: Wie Solarparks unsere Äcker überraschend vor Trockenheit schützen

Im trockenen tibetischen Hochland im Westen Chinas erstreckt sich mit dem Talatan-Solarpark der größte Photovoltaik-Komplex der Welt. Eine Fläche so groß wie Köln. Die Region ist von einem trockenen bis halbtrockenen Klima geprägt: Die durchschnittliche Jahresniederschlagsmenge beträgt dort nur rund 246 Millimeter, während die Verdunstung deutlich höher liegt.

Trotz dieser schwierigen Bedingungen haben Forscher innerhalb des Solarparks eine überraschende Entwicklung beobachtet: Unter und zwischen den Solarmodulen konnte sich die Vegetation teilweise besser entwickeln als in der Umgebung. Grüne Pflanzen trotz Wüstenklima.

Der Grund dafür ist nicht, dass die Solarmodule zusätzlich wässern. Stattdessen verändern sie vielmehr die Bedingungen unmittelbar am Boden:

Die Beschattung kann die Bodentemperatur senken,

die Windgeschwindigkeit reduzieren und

damit die Verdunstung beeinflussen.

Dadurch kann unter bestimmten Bedingungen mehr Wasser im Boden verbleiben.

Eine 2024 in Scientific Reports veröffentlichte Untersuchung des chinesischen Solarparks kam zu dem Ergebnis, dass die ökologischen Bedingungen innerhalb des untersuchten PV-Gebiets günstiger waren als in den Vergleichsbereichen außerhalb der Anlage.

Solarmodule fördern Vegetationsbildung

Denn: Die dadurch verbesserten Wasser- und Temperaturverhältnisse am Erdboden fördern das Pflanzenwachstum massiv. Die Forscher konnten außerdem eine signifikante Zunahme der Vegetationsbedeckung, der Biomasse und der Artenvielfalt innerhalb von Solarparks im tibetischen Hochland nachweisen.

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Auch die Bodenerosion nahm durch die Paneele ab. Eine weitere Studie von Forschern der Qinghai-Universität zeigte, dass der Wassergehalt des Bodens unter den Panels um 75 Prozent anstieg.

Mehr Bodenwasser unter Solarmodulen bedeutet nicht, dass dadurch eine flächendeckende Dürre gemildert wird. Solarmodule erzeugen keinen zusätzlichen Regen, sondern verändern lediglich das Mikroklima und den Wasserhaushalt vor Ort. Entscheidend ist daher, ob Pflanzen dadurch weniger unter Hitze und Trockenstress leiden.

Potenzial auch für Deutschland?

Genau hier kommt die sogenannte Agri-Photovoltaik (Agri-PV) ins Spiel. Dabei werden landwirtschaftliche Nutzung und Solarstromerzeugung auf derselben Fläche miteinander kombiniert. Die Solarmodule werden so angeordnet, dass darunter oder dazwischen weiterhin Landwirtschaft betrieben werden kann.

Angesichts zunehmender Hitze- und Trockenperioden könnte der Mikroklima-Effekt, der in den chinesischen Solarparks beobachtet wurde, auch für die deutsche Landwirtschaft interessant sein. Der Klimawandel lässt häufiger extreme Hitze und längere Trockenphasen erwarten. Auch der Deutsche Bauernverband warnt vor zunehmender Wasserknappheit auf landwirtschaftlichen Betrieben. Allein in diesem Sommer werde wegen der Hitze eine insgesamt deutlich kleinere Ernte eingefahren. Der Deutsche Bauernverband fordert daher den Ausruf einer nationalen Notlage .

Wäre Agri-PV ein Teil der Lösung? Die Solaranlagen auf den Feldern könnten dabei zwei Ziele miteinander verbinden: Solarstrom erzeugen und gleichzeitig bestimmte Kulturen vor Hitze und Trockenstress schützen. Die teilweise Beschattung kann die Belastung durch starke Sonneneinstrahlung reduzieren. Eine geringere Verdunstung kann zudem dazu beitragen, dass Wasser länger im Boden beziehungsweise im Pflanzenbestand verfügbar bleibt.

Wie groß dieser Effekt tatsächlich ist, hängt allerdings stark von der jeweiligen Kultur, dem Standort und der Konstruktion der Anlage ab.

Nicht jede Pflanze profitiert von Schatten

Mehr Schatten ist nicht grundsätzlich besser für Pflanzen. Jede Kultur benötigt ausreichend Licht für die Photosynthese. Wird die Einstrahlung zu stark reduziert, können Wachstum und Ertrag zurückgehen.

Deshalb lässt sich nicht pauschal sagen, dass Agri-PV die landwirtschaftlichen Erträge erhöht. Entscheidend ist vielmehr, wie viel Licht eine Kultur benötigt und wie stark sie sonst von Hitze, Trockenheit oder anderen Wetterextremen beeinträchtigt wird. Vor allem im Obstbau können Agri-PV-Anlagen zudem als Schutz vor bestimmten Wetterextremen dienen.

Was zeigen erste Erfahrungen in Deutschland?

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE untersucht entsprechende Konzepte, bei denen Solarstromerzeugung und landwirtschaftlicher Witterungsschutz kombiniert werden.

Dass Agri-PV auch unter deutschen Bedingungen interessante landwirtschaftliche Effekte haben kann, wird inzwischen in verschiedenen Forschungs- und Demonstrationsprojekten untersucht. Dabei zeigt sich zugleich, wie wichtig die richtige Planung ist: Höhe, Ausrichtung und Abstand der Module müssen an die jeweilige Kultur angepasst werden.

Großes Potenzial – aber nicht überall sinnvoll

Das technische Potenzial für Agri-PV in Deutschland ist dennoch erheblich. Eine Analyse des Fraunhofer ISE kommt zu dem Ergebnis, dass auf besonders geeigneten landwirtschaftlichen Flächen rund 500 Gigawatt Peak Agri-PV-Leistung installiert werden könnten.

Neben Ackerflächen kommen beispielsweise Grünland sowie Dauerkulturen wie Obst und Wein infrage. Dabei spielt auch die vorhandene Netzinfrastruktur eine wichtige Rolle.

Die Grenzen von Agri-PV

Neben den möglichen Vorteilen gibt es jedoch auch einige Herausforderungen.

Investitionskosten: Hoch aufgeständerte Anlagen und spezielle Konstruktionen sind aufwendiger als konventionelle Freiflächenanlagen.

Beschattung: Zu viel Schatten kann bei bestimmten Kulturen das Wachstum und den Ertrag reduzieren.

Bewirtschaftung: Maschinen müssen zwischen oder unter den Anlagen eingesetzt werden können. Das beeinflusst Höhe, Reihenabstand und Anordnung der Module.

Wasserverteilung: Solarmodule verändern nicht nur die Verdunstung. Sie können auch beeinflussen, wo und wie Niederschlag auf den Boden gelangt.

Netzinfrastruktur: Selbst eine landwirtschaftlich geeignete Fläche kann für Agri-PV ungeeignet sein, wenn ein wirtschaftlicher Netzanschluss fehlt.

Was Agri-PV gegen Trockenheit tatsächlich leisten kann

In Zeiten des Klimawandels könnte Agri-PV unter geeigneten Bedingungen eine Klimaanpassung für die Landwirtschaft sein.

Die Forschung aus trockenen Regionen wie im tibetischen Hochland zeigt, dass dieser Mechanismus grundsätzlich funktionieren kann. Für Deutschland ist aber noch genauer zu klären, bei welchen Kulturen, Böden und Anlagenkonfigurationen die Vorteile gegenüber möglichen Nachteilen überwiegen.

Agri-PV ist damit kein Mittel gegen Dürre im eigentlichen Sinn. Sie könnte aber dort, wo die Bedingungen stimmen, gleichzeitig erneuerbaren Strom liefern und die Landwirtschaft widerstandsfähiger gegen Hitze und Trockenstress machen.

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