Solarstrom vom Acker hat grosses Potenzial
Bis 2050 will die Schweiz bei netto null Treibhausgasemissionen angekommen sein. Ein sportliches Ziel bei gleichzeitig steigendem Strombedarf. Die Zahl der im Land installierten Solarmodule muss dazu deutlich ansteigen. Angebracht werden könnten sie auf Dächern und an Fassaden, sogar auf Radwegen.
Viel Platz gibt es auch auf Gras- und Ackerland. Warum also nicht Wiesen und Ackerflächen auch als Solarkraftwerk nutzen? Forschende der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) haben ausgerechnet, was eine solche Doppelnutzung bringen könnte.
In ihrer im Januar veröffentlichten Studie schätzen sie das Potenzial sogenannter «Agri-PV» auf insgesamt 113 Terawattstunden pro Jahr ein und präzisieren damit eine Studie von 2022. 113 Terawattstunden sind viel. Ein Vergleich:
Wie viel ist eine Kilowattstunde (kWh)?
Die Einheit, mit der die meisten Konsument:innen vertraut sind, ist die Kilowattstunde. Mit einer Kilowattstunde kann man eine Maschine Wäsche waschen, ein Essen für vier Personen kochen oder sieben Stunden fernsehen. (Quelle)
Wie viel ist eine Terawattstunde (TWh)?
Eine Terawattstunde entspricht 1’000’000’000 Kilowattstunden. Die ganze Schweiz verbrauchte 2022 rund 53 Terawattstunden Strom (Statista). Das Kernkraftwerk Leibstadt produzierte 2021 insgesamt 4,8 Terawattstunden.
Der Verband Schweizerischer Energieunternehmen (VSE) schätzte den Stromverbrauch der Schweiz für das Jahr 2050 vor zwei Jahren auf 80 bis 90 Terawattstunden. Die Forschenden der ZHAW gehen nach dieser Quelle von 70 bis 80 Terawattstunden aus.
Bester Agri-PV-Kandidat: offenes Ackerland
Um 113 Terawattstunden zu «ernten», müssten rund 200’000 Hektaren Land mit Solarmodulen bestückt werden, so die ZHAW. Bester Stromlieferant wären dabei offene Ackerflächen. Sie könnten mehr als vier Fünftel (82 Prozent) dieser Menge liefern. Dauergrünland, also Weiden und Wiesen, und Dauerkulturen wie Obstplantagen und Reben sind weniger ertragreich.
Würde man alle landwirtschaftlichen Flächen der Schweiz mit Solarpaneelen versehen, die nicht weiter als 1000 Meter von Siedlungsgebiet entfernt sind, ergäbe sich sogar ein theoretisches Gesamtpotenzial von 323 Terawattstunden pro Jahr. Die Forschenden der ZHAW haben aber einige einschränkende Annahmen getroffen. Berücksichtigt haben sie aus rechtlichen oder technischen Gründen nur Flächen, die sich
- in einem Radius von 1000 Metern um Bauzonen befinden.
- keine Schutzgebiete sind oder Schutzinteressen berühren.
- keine Sömmerungsflächen sind.
- keine Flächen zur Biodiversitätsförderung sind.
- eine horizontale Einstrahlung von mehr als 1000 kWh pro Quadratmeter aufweisen.
- weniger als 300 Meter von einem Strom-Einspeisepunkt entfernt sind.
Das grösste Potenzial für Agri-Photovoltaik liegt unter diesen Bedingungen nicht in den Alpen, sondern im Mittelland. Dort, wo beispielsweise Weizen, Mais, Raps oder Kartoffeln angebaut werden. «Besonders in den Kantonen Bern, Waadt und Freiburg», schreiben die Autor:innen. Ein sehr kleines Agri-PV-Potenzial haben demnach Basel-Stadt, Nidwalden und Uri.
Knapp ein Drittel (29 Prozent) der Strom-Ernte käme bei einer solchen Doppelnutzung im Winterhalbjahr zusammen. Das sei deutlich mehr als der Ertrag von Dach-Solaranlagen während der dunklen Jahreszeit.
Für ihre Schätzung teilten die Forschenden Agrarflächen in drei Kulturgruppen ein: «Offene Ackerflächen», «Dauerkulturen» und «Dauergrünland». Deren möglichen Stromertrag ermittelten sie über Pilotanlagen.
Agrar-Strom kostet nicht viel, sagt die ZHAW
Auch die Kosten für die Stromerzeugung konnten sie so errechnen. Strom aus Agri-PV würde zwischen 6 Rappen pro Kilowattsunde im Dauergrünland und 8,4 Rappen pro Kilowattstunde über Dauerkulturen wie Rebstöcken kosten. Für offenes Ackerland liegen die Gestehungskosten bei 7,8 Rappen pro Kilowattstunde, wenn das Solarkraftwerk auf dem Acker 30 Jahre läuft.
Bei allen Unterschieden in den Berechnungswegen und diversen externen Einflüssen beispielsweise durch Stromimporte ist das relativ günstig. Zum Vergleich: Swissnuclear setzt die Gestehungskosten von Atomstrom bei 5 bis 12 Rappen pro Kilowattstunde an. Der derzeitige Strommarktpreis liegt bei 6 Rappen pro Kilowattstunde und Endverbraucher bezahlen in der Schweiz derzeit um die 30 Rappen.
92 Terawattstunden pro Jahr als maximal mögliche Agri-PV-Kapazität allein auf offenen Ackerflächen sind andererseits mehr als der vom VSE geschätzte Strombedarf der ganzen Schweiz im Jahr 2050.
Nicht alle Pflanzen mögen Solarmodule über dem Acker
Ist das realistisch? «Einigermassen», kann man sagen. Die Forschenden, die auf breites und jahrelang erarbeitetes Grundlagenwissen aufbauen können, räumen ein, dass es mit Agri-PV-Kulturen noch wenig bis gar keine Erfahrungen gibt, weshalb ihre Schätzung auch zu hoch ausfallen könnte. In Pilotanlagen wird seit Jahren ausführlich getestet, ob und wie sich Solarmodule mit Nutzpflanzen vertragen.
Nicht immer gleich gut, fanden Forschende der ZHAW heraus. Schlecht geeignet sind beispielsweise Mais und Leguminosen wie Linsen, Bohnen und Erbsen, die die Beschattung nicht mögen. Blattgemüse, Gras, Getreide und Wurzelgemüse wie Kartoffeln kommen damit besser zurecht. Beeren, Obst und Fruchtgemüse wie Peperoni, Gurken, Zucchetti oder Tomaten gehe es mit der Solar-Überdachung recht gut.
Eine Rolle spielt auch das Wetter. Ist es feucht und kühl, leiden Agri-PV-Kulturen eher. Die Bewirtschaftung der Felder mit Maschinen ist trotz der Ständerkonstruktionen weiter möglich. Auch Agroscope testet seit Jahren – zum Beispiel mit halbtransparenten Solarzellen in Treibhäusern.
Die ZHAW hat für ihre Abschätzung des Ertrags auf offenem Ackerland mit Solarmodulen gerechnet, die von beiden Seiten Strahlung aufnehmen können. Solche beidseitig aktiven (bifazialen) Module können auch Rückstrahlung vom Boden verwerten und sind deshalb effizienter. Für einen Referenzstandort in Kloten ergab sich dabei ein Ertrag von 735 Megawattstunden pro Hektar und Jahr.
«Gemäss unseren Simulationen für Referenzanlagen wäre der spezifische Ertrag um etwa 7 Prozent geringer, falls monofaziale [einseitige] Module über Ackerflächen eingesetzt würden», schreibt der Hauptautor Dionis Anderegg auf Nachfrage von «Infosperber». «Spezifischer Ertrag», weil sich dieser an der Leistungsfähigkeit der Solarmodule orientiert. Dazu spielen noch andere Faktoren wie Aufbau und Neigungswinkel eine Rolle. Anderegg geht aber davon aus, dass für solche Anlagen bifaziale (beidseitige) Module verwendet würden.
Wären nur ein bis zwei Prozent der landwirtschaftlichen Flächen in der Schweiz mit Agri-PV ausgerüstet, könnten diese «einen grossen Beitrag zur Stromproduktion leisten», sagt Anderegg. Genauer: bis 2050 sieben bis acht Terawattstunden pro Jahr. Das ist fast doppelt so viel Strom, wie das KKW Leibstadt im Jahr 2022 produziert hat und ein Zehntel des prognostizierten Gesamtstrombedarfs 2050.
Themenbezogene Interessenbindung der Autorin/des Autors
Keine
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Meinungen in Beiträgen auf Infosperber entsprechen jeweils den persönlichen Einschätzungen der Autorin oder des Autors.
Bei Dauerkulturen, die sowieso überdacht sind und eine ähnlich lange Standdauer haben wie Fotovoltaikanlagen, ist das sicher eine gute Idee: Obst, Beeren, etc. Bei offenen Ackerflächen, welche in einen Fruchtwechsel integriert sind, wäre das meiner Meinung ziemlich bekloppt. Vom Eingriff ins Landschaftsbild, von der Bearbeitung der Kulturen, etc. Vor allem sollte so etwas erst in Betracht gezogen werden, wenn die jetzt schon überbauten Flächen (Häuser, Lärmschutzwände, etc.) einigermassen mit Fotovoltaik ausgeschöpft sind.
Ja früher hatte es mal Bäume auf diesen Feldern. Doch das war zu mühsam zum Bewirtschaften. Biodiversität ade. Die Idee mit den Radwegen und Trottoirs finde ich gut. Da entlang der Kantonsstrassen in einigen Kantonen systematisch alle Bäume gefällt werden gibt es dort keinerlei Schatten mehr, auch keine Verschmutzung durch Laub und Äste. In was für einer Welt leben wir?? Bäume werden durch Solarpanels ersetzt. Damit wir genug Strom für unsere Klimaanlagen haben? Wie gross ist wohl der Einfluss der Versiegelung der Böden, der Bepflanzung und Bodenfeuchtigkeit (im schweizer Mittelland gab es einst riesige Moorlandschaften) auf die Klimamessdaten? Meines Wissens wird die Temperatur generell in einem Bodenabstand von 2m gemessen.
Warum nicht über Autobahnen, auf Dächer, an Lärmschutzwänden etc. Nein, unbedingt muss Kulturlandschaft verbaut werden? Zuerst die Alpen, jetzt Ackerflächen. Wo doch Auflageflächen zu Hauf bestehen auf Gebäuden. Unverständlich.
Sehr bedenkenswert, was Felix Feistel in seinem Beitrag: «Die schleichende Katastrophe» schreibt:
«Durch Kondensation entziehen die Anlagen der Luft Feuchtigkeit. Hinzu kommt, dass sie aufgrund der dunklen Flächen stark erhitzen, und somit Hitze in die unmittelbare Umgebung abstrahlen. Damit heizen PV-Anlagen die Luft auf und entziehen ihr Wasser. Wenn nun flächendeckend PV- und Windkraftanlagen aufgestellt werden, hat das einen enormen Einfluss auf die Luftströme und den Wasserkreislauf der ganzen Welt, auch, wenn die Veränderungen zunächst klein und bedeutungslos erscheinen mögen. Doch die Theorien über das Klima lehren, dass selbst eine kleine Veränderung unabsehbare Folgen haben kann.»
Ein Grundverständnis von Pflanzenphysiologie und Ertragsbildung macht diese berechneten Wunschvorstellungen zu Makulatur. Die Photosynthese würde reduziert und auf Kosten grösseren Blattwachstum die Erträge an Körner, Knollen und Früchten reduziert.
Es ist leider so: Wissenschaft (hier Biologie und Chemie) geht vor Ideologie, wenn echte Lösungen gefragt sind.
Das sehe ich auch so. Ob Gemüse, Getreide oder Kartoffeln, Pflanzen brauchen Sonnenlicht um zu wachsen. Im Schatten von Solarpanels können nur Schattenpflanzen gedeihen. Ausserdem wäre wegen den vielen Stützen der Panels eine grossflächige Bewirtschaftung unmöglich.
Soll das ein Witz sein? Agrarprodukte die unter Sonarpanels angebaut werden. Ich bin kein Bauer aber ich empfehle den ZHAW- Solarturbos sich doch mal mit einem richtigen Bauer zu unterhalten bevor wir auch noch eine Deklarationpflicht einführen müssen für Produkte unter Solarpanels 🇺🇳 solche unter freiem Himmel.
Mal abgesehen von der Verschandelung der Natur mit solchen Modulen gilt immer noch, dass diese nur Strom produzieren wenn die Sonne scheint und kein Schnee darauf liegt. AKWs produzieren aber Bandenergie ohne Unterbruch. Genau das brauchen wir.
So ein unsinniges Projekt kann nur von Studenten kommen die noch nie einen Acker bewirtschaftet haben. Der Einsatz von Maschinen ist massiv eingeschränkt und würde folglich zu massiven Mehrkosten führen. Zudem könnte der Rückgang von 7% vom Ertrag nicht einfach hingenommen werden! Das sind 14`000 Hecktaren bestes Ackerland, dass faktisch still gelegt würde! 14`000 Hecktaren entsprechen 10`000 Tonnen Weizen! In unserem Land müssen zuerst alle Dächer mit Modulen eingedeckt werden bevor die Natur mit diesen verschandelt wird! Zudem sind alle Häuser mit Strom schon erschlossen das ist ein wichtiger Vorteil! Ich sage ganz klar nein zu Solarmodulen in der Natur solange das Potential im Siedlungsgebiet nicht ausgeschöpft ist! Im Alpenraum wo sowieso nichts anderes wächst ist es ein anderes Thema!
Komisch. Kann die Sonne auf beidem gleichzeitig landen: Chlorophyll und Solarindustrie?
Zusätzlich und beides erschwerend (konterkarierend) dürfte wirken:
Frankfurter Rundschau 22.01.2024 — Bill Gates investiert in Projekt, das Staub in die Atmosphäre bläst – um Erde vor Sonne zu schützen.
Spiegel.de 09.02.2023 — Geoengineering gegen Klimawandel Forscher wollen Sonnenstrahlung mit Mondstaub dimmen. Eine gigantische Kanone schießt vom Mond aus Staub ins (…)
TAZ.de 16.02.2024 — Die Schweiz will ein Dimmen der Sonne debattieren. Die Idee: Die Folgen der Klimakrise temporär abzumildern. Wissenschaftler*innen warnen.
Indes höre ich meinen Lieblingssong «I Come From The Sun» (Comsat Angels).
Wenn viel zu viel Geld herumliegt, ist es naheliegend, hochsubventioniertes Ackerland mit hochsubventionierten Solaranlagen zu verunstalten.
Es gäbe viele Möglichkeiten, den Strombedarf zu reduzieren oder Solaranlagen auf mehr als genügend Dächern in den Städten zu installieren.
Pflanzenphysiologie und Ertragsbildung macht diese Stromertragsberechnungen zu Makulatur. Die Photosynthese würde unter den Panels reduziert und wegen dem grösseren Blattwachstum die Erträge an Körner, Knollen und Früchten reduziert.
Es ist leider so: Wissenschaft (hier Biologie und Chemie) ist die Grundlage für echte Lösungen.