Agri-/Horti-Photovoltaik im BioökonomieREVIER:Grüner Strom und innovative Landwirtschaft im Klimawandel

Jülich, 24. Februar 2022 – Etwa zwei Hektar Fläche, knapp 1000 Solarmodule, darunter bester Boden der Jülicher Börde: Eckpunkte der sogenannten Agri-/Horti-Photovoltaik-Anlage, die die Strukturwandelinitiative BioökonomieREVIER in Morschenich-Alt betreibt. In ihr wird gemeinsam mit Partnern untersucht, wie erneuerbare Energien gewonnen und gleichzeitig innovativ Landwirtschaft und Gartenbau betrieben werden kann. Ein wichtiges Ziel mit Blick auf die Energiewende und den Strukturwandel im Rheinischen Revier – gleichzeitig ein Beispiel für die notwendige Anpassung, die der Klimawandel erforderlich macht.

"Im Jahr 2040 wird der Bedarf an Photovoltaik für die Energieversorgung in Deutschland mit 300 bis 450 Gigawatt beziffert. 1700 Gigawatt ließen sich gewinnen, wenn wir zusätzlich das Potenzial an Flächen nutzen, auf denen gartenbauliche und Spezialkulturen produziert werden", erläutert Dr. Matthias Meier-Grüll. Um diesem Ziel näher zu kommen, sind Agri-/Horti-Photovoltaik-Anlagen, kurz Agri-/Horti-PV, ein wichtiger Baustein. Hier werden Solarmodule über einer landwirtschaftlich genutzten Fläche so aufgebaut, dass darunter Pflanzen für die Ernährung und für stoffliche Nutzung angebaut werden können. In Gegenden mit schlechten Böden und Weideland kann man zudem in niedrigen Systemen extensive Landwirtschaft betreiben. "Eine Flächenkonkurrenz zwischen Nahrungsmittelproduktion und Stromerzeugung wird damit weitestgehend vermieden. Es gibt sogar positive Effekte auf die Kulturen durch bessere Wassernutzung und Schutz vor Hitze und zum Beispiel Hagel", so Meier-Grüll, der das Projekt des Forschungszentrums Jülich in Morschenich-Alt koordiniert.

Ein "Innovationslabor": die Forschungs- und Demonstrationsanlage

In der Demonstrations- und Forschungsanlage sind auf rund zwei Hektar etwa 1000 Solarmodule nach diesem Prinzip aufgebaut. "Die bisherigen Erfahrungen mit Agri-PV-Anlagen haben gezeigt, dass sie grundsätzlich gut funktionieren. Aber es gibt weiteren Forschungsbedarf. Und hier gehen wir einige entscheidende Schritte näher an die Praxis", erläutert Meier-Grüll. Der Wissenschaftler steuert an der Schnittstelle von Bioökonomie und Energie das nötige Know-how für Solaranlagen bei. Wesentlicher Punkt der weiteren Forschung in dem "Innovationslabor" auf freiem Feld ist: wie muss das Zusammenspiel von Pflanze und Solaranlage aussehen, damit Ertrag und Energieausbeute gleichermaßen effizient sind? Dazu gehört auch die Frage, wie Pflanzen mit dem Wechsel von Licht und Schatten unter der Photovoltaikanlage umgehen.

Agri-PV
Im Aufbau: die Forschungs- und Demonstrationsanlage für Agri-Photovoltaik in Morschenich-alt
Forschungszentrum Jülich / Ralf-Uwe Limbach

Um das herauszufinden, gehen die Forscher:innen in Morschenich-Alt gemeinsam mit Projektpartner Fraunhofer ISE neue Wege. "Ein Teil der Anlage wurde so konzipiert, dass sich die Solarmodule je nach Licht- oder Schutzbedarf der Pflanze automatisch kippen und damit gezielt einstellen lassen", sagt Matthias Meier-Grüll. Zur Vermessung der pflanzlichen Eigenschaften werden hochauflösende bildgebende Messverfahren zur räumlichen und zeitlichen Pflanzenbeobachtung eingesetzt. So können das Wachstum der Pflanzen in Agri-/Horti-PV-Systemen genau analysiert und neue Verfahren des Anbaus entwickelt werden. Auch neuartige PV-Module werden mit integrierter Messtechnik erforscht, ebenso wie die Frage, wie sich die landwirtschaftliche Nutzung auf die Beständigkeit der Module oder auch den PV-Ertrag auswirkt.

Agri-/Horti-PV und Klimawandel

Photovoltaikanlagen erzeugen nachhaltig Strom. In Zeiten des Klimawandels erhält Agri-/Horti-PV aber eine weitere, sehr wichtige Bedeutung: Die Anlagen bieten die Möglichkeit, den landwirtschaftlichen Betrieb an Klimaveränderungen anzupassen. So können empfindliche Kulturpflanzen vor extremer Hitze und anderen Extremwetter-Ereignissen wie Starkregen oder Hagel durch die "Solardächer" geschützt werden. "Zudem können wir das Wassermanagement der Pflanzen anpassen. Das Regenwasser, das von den Solarmodulen abfließt, wird aufgefangen und den Pflanzen darunter bei Bedarf gezielt zugeführt", erklärt Meier-Grüll. In Hitzesommern verringert die verschattende PV-Dachkonstruktion außerdem die Verdunstung. Ein (fast) Rundumschutz für die Pflanzen darunter.

Welche Pflanzen sind geeignet?

In dem Projekt in Morschenich-Alt werden vor allem Nutzpflanzen erforscht, deren Anbau in der Region sich ökologisch und ökonomisch lohnt. Dies sind interessante Rohstoffe für regional stark vertretene Sektoren wie die Nahrungsmittelindustrie (z.B. Beeren und andere gartenbauliche Kulturen), die Kosmetikindustrie und die Spezialchemie, die nachwachsende Rohstoffe braucht. Dabei wollen die Forschenden auch neue Wertschöpfung für die heimischen Landwirte und Gartenbauer schaffen. Ein weiterer Aspekt ist die Anpassung der Kulturbedingungen an das sich ändernde Klima. Untersucht werden deshalb zum Beispiel regenempfindliche Beerenfrüchte, Medizinal- und Heilpflanzen sowie Pflanzen, die sich stofflich für Öle oder Fasern verwenden lassen.

Der "Prototyp" fürs Revier

Interview mit Prof. Ulrich Schurr, Direktor des Jülicher Instituts für Pflanzenwissenschaften und Koordinator der Initiative BioökonomieREVIER

Herr Prof. Schurr, drei Ministerien der neuen Bundesregierung haben gemeinsam beschlossen, dass künftig verstärkt auch landwirtschaftliche Flächen für den Ausbau der Photovoltaik genutzt werden sollen und die nötigen Anlagen gefördert werden. Was bedeutet das für das Agri-/ Horti-PV-Projekt in Morschenich-Alt?
Prof. Ulrich Schurr: Die Anlage in Morschenich ist eine Forschungsanlage. Es gibt noch viele Aspekte in Agri-/Horti-PV-Systemen zu optimieren und neu zu entwickeln: die PV-Konstruktion, die Kulturführung, Umweltfragen. Die Themen, die wir bearbeiten werden, sind vielfältig. Gleichzeitig steigt die Nachfrage aus der Praxis: In den nächsten Jahren werden zahlreiche Agri-/Horti-PV-Systeme in unserer Region entstehen. Die Aufgabe ist also einerseits, grundlegende Entwicklungen voranzutreiben und andererseits, die Praxis zu unterstützen – eine prototypische Aufgabe im Strukturwandel.

Prof. Ulrich Schurr
Prof. Ulrich Schurr
Forschungszentrum Jülich/Ralf-Uwe Limbach

Was macht die Anlage so innovativ?
Die gesamte Anlage umfasst zwei verschiedene Agri-/Horti-PV-Systeme: ein unmittelbar praxisnahes System mit fixen PV-Modulen und ein sogenanntes Tracking-System, in dem PV-Module dem Sonnenstand folgen. Gleichzeitig statten wir die Anlagen mit modernsten Technologien zur Untersuchung von Pflanzen mittels bildgebender Verfahren und Robotik aus. Dadurch können wir gezielt neue Kulturverfahren zur Pflanzenproduktion entwickeln. Aber auch die Photovoltaik wird weiterentwickelt. Hier arbeiten Wissenschaftler:innen aus Pflanzen- und Photovoltaik-Forschung sehr eng zusammen, um möglichst Modul-Konzepte zu entwickeln, die langlebig unter landwirtschaftlichen Bedingungen sind und gleichzeitig hohe Lichtdurchlässigkeit für die Pflanzenproduktion bieten. In der Anlage wird aber auch Wasser gesammelt und den Pflanzen gezielt bedarfsabhängig zugeführt. Und die PV-Module schützen die Kulturen auch vor Hitze und Starkregen.

Welche Rolle spielt die Anlage für den Strukturwandel im Rheinischen Revier?
In enger Kooperation mit Landwirten, Gartenbauern, Energieversorgern und zum Beispiel Kommunen werden wir Systeme entwickeln, die auf die speziellen Bedingungen der Region zugeschnitten sind. Es gilt, Forschung und Praxis zu koppeln, damit gemeinsam die Energiewende, eine nachhaltige Landwirtschaft und Gartenbau gelingen. Die Stromverfügbarkeit aus erneuerbaren Energien, neue Wertschöpfungswege für Land- und Gartenbau, aber auch neue Rohstoffe für die Lebensmittelindustrie werden möglich.

Wie gestaltet sich konkret die Zusammenarbeit mit Landwirtschaft und Gartenbau in der Region?
In den letzten Monaten haben bereits intensive Gespräche mit Landwirten und Gartenbaubetrieben, aber auch mit Verbänden und den Landesministerien stattgefunden. Hierdurch ist die Region gut vorbereitet und es besteht die Chance, dass wir schnell in die Umsetzung gehen können.

Weitere Informationen

Institut für Bio- und Geowissenschaften, Pflanzenwissenschaften (IBG-2)
Website BioökonomieREVIER
Zum IPCC-Bericht WG II:
Website Helmholtz-Klimainitiative
Website Deutsche Klima-Konsortium (DKK)
Website der deutschen IPCC-Koordinierungsstelle

Ansprechpartner

Prof. Ulrich Schurr
Institut für Bio- und Geowissenschaften, Pflanzenwissenschaften (IBG-2)
Tel.: 02461 61-4819
E-Mail: u.schurr@fz-juelich.de

Dr. Matthias Meier-Grüll
Institut für Bio- und Geowissenschaften, Pflanzenwissenschaften (IBG-2)
Tel.: 02461 61-8684
E-Mail: ma.meier@fz-juelich.de

Pressekontakt

Erhard Zeiss, Pressereferent Forschungszentrum Jülich
Tel.: 02461 61-1841
E-Mail: e.zeiss@fz-juelich.de

Anke Krüger
Kommunikation
Koordinierungsstelle BioökonomieREVIER
Tel.: 02461 61-85448
E-Mail: anke.krueger@fz-juelich.de

Letzte Änderung: 19.05.2022