Pilotprojekt bioschmid gmbh in Gelfingen/Aesch.

Pilotprojekte wie die Anlage der bioschmid gmbh in Gelfingen/Aesch, die drei verschiedene Systeme über einer Himbeerkultur testet, sammeln wertvolle Erfahrungen für die Praxis. 

Auch Agroscope betreibt Versuchsanlagen, z.B. in Conthey mit Erdbeeren und Himbeeren oder für Gewächshauskulturen, und die ZHAW testet Agri-PV mit dynamisch anpassbarer Lichtdurchlässigkeit über Nüsslisalat in Wädenswil.

Trotz des grossen Potenzials und der positiven Aspekte gab und gibt es noch Hindernisse, wie Bedenken hinsichtlich der raumplanerischen Handhabung, Bewilligungen, des Verlusts landwirtschaftlicher Flächen und der visuellen Beeinträchtigung. Auch die Gestehungskosten können höher sein als bei herkömmlichen Anlagen, bedingt durch die benötigte starke und hohe Unterkonstruktion, speziell entwickelte Teilanlagen und die Kosten für Netzanschluss und Sicherheitseinrichtungen.

Aktuelle Agri-PV Entwicklung in der Schweiz.

In der Schweiz beginnt die Entwicklung deutlich spät, nimmt aber aktuell etwas Fahrt auf. Bevor die Agri-PV breitflächig möglich wurde, gab es bereits erste Forschungsprojekte. Zum Beispiel wurden im Wallis Solarpaneele als Beschattungs- und Schutzelemente in Kombination mit Witterungsschutz über Erdbeeren und Himbeeren getestet. Auch Forschungsinstitute wie Agroscope haben frühzeitig mit Versuchen begonnen, etwa am Standort Conthey mit Erdbeer- und Himbeerkulturen sowie Gewächshauskulturen, oft in Zusammenarbeit mit Start-ups und Energieunternehmen. Diese Anlagen waren zunächst auf kleinere Flächen im Forschungsrahmen beschränkt.

Der Bau von Solaranlagen über Landwirtschaftsland war in der Schweiz lange Zeit rechtlich schwierig. Ein entscheidender Schritt in der Entwicklung war die Anpassung der Raumplanungsverordnung im Sommer 2022. Diese Anpassung machte Agri-PV ausserhalb der Bauzone grundsätzlich möglich, allerdings unter der Bedingung, dass sie der landwirtschaftlichen Produktion einen zusätzlichen Nutzen bringen muss. Mit diesem Passus wollte der Gesetzgeber verhindern, dass Agri-PV lediglich als "grünes Deckmäntelchen" für Freiflächenanlagen auf landwirtschaftlichen Flächen genutzt wird, welche die landwirtschaftliche Nutzung stark einschränken würden.

Aufgrund der Auflage des "zusätzlichen Nutzens" eignen sich nicht alle Kulturen gleich gut für Agri-PV in der Schweiz. Während bei Ackerbaukulturen wie Weizen oder Kartoffeln die Erträge unter Modulen oft sinken, bietet Agri-PV bei professionellen Beeren- und Obstanlagen, die ohnehin bereits mit Schutzsystemen wie Regendächern oder Hagelschutznetzen ausgestattet sind, einen klaren Mehrwert. Die Solarmodule können diese Schutzfunktionen übernehmen und das Mikroklima positiv beeinflussen (weniger Feuchtigkeit, tiefere Temperaturen bei Hitze), was zu weniger Krankheiten und potenziell höheren Erträgen führen kann. Dieser potenzielle Zusatznutzen macht Dauerkulturen, insbesondere Beeren und Obst, zu einem wichtigen Anwendungsgebiet für Agri-PV in der Schweiz.

Um die Praxistauglichkeit und Wirtschaftlichkeit der Agri-PV in der Schweiz im grösseren Massstab zu überprüfen und zu optimieren, war der Schritt von kleinen Forschungsanlagen zu grösseren Pilotprojekten in der produzierenden Landwirtschaft notwendig. Ein prominentes Beispiel dafür ist das Pilotprojekt der bioschmid gmbh in Gelfingen/Aesch im Kanton Luzern, das im Januar 2023 die Baubewilligung erhielt. Diese Anlage ist die erste Agri-PV Anlage dieser Grösse in der Schweiz. Der Landwirt Heinz Schmid, als "Überzeugungstäter" bezeichnet, hat dieses Projekt initiiert, um der Technologie in der Schweiz zum Durchbruch zu verhelfen.

Die Entwicklung wird massgeblich durch die Zusammenarbeit verschiedener Akteure vorangetrieben. Im Projekt bioschmid sind neben dem Landwirtschaftsbetrieb selbst Forschungsinstitute wie Agroscope (agronomische Bewertung) und die Berner Fachhochschule (Erforschung des Spannungsfeldes Landwirtschaft/Stromproduktion) beteiligt. Technologiepartner wie Insolight SA, Megasol Energie AG und Oberfeld Energie GmbH entwickeln und liefern die spezifischen Agri-PV-Systeme. Auch die ZHAW leistet wichtige Beiträge durch Potenzialanalysen, Machbarkeitsstudien und eigene Versuchsanlagen mit innovativen Modulen.

Stromzeit-Blog-Insolight.

Trotz der rechtlichen Erleichterungen von 2022 schreitet die Entwicklung der Agri-PV in der Schweiz noch "zaghaft" voran. Viele Projekte stecken weiterhin im Bewilligungsverfahren fest, da es den Behörden oft an Erfahrung und Entscheidungsgrundlagen mangelt. Zudem sind die Erstellungs- und Anschlusskosten von Agri-PV-Anlagen im Vergleich zu Anlagen auf Gebäuden höher. Die Finanzierung solcher Pilotprojekte erfordert daher oft zusätzliche Beiträge von Institutionen, Stiftungen und Bundesämtern. Der am 9. Juni 2024 vom Volk angenommene Mantelerlass schafft neue gesetzliche Grundlagen, welche die Bewilligung von Agri-PV-Anlagen in Zukunft weiter erleichtern sollen.

Referenzanlage Agri-PV im Kernobstanbau (Frick).

Professionelle Lösungen für Obst-, Beeren- und Weinbauern sowie Acker- und Grünlandbesitzer.

Welches sind die Herausforderungen für Agri-PV in der Schweiz?

Trotz der vielversprechenden Aussichten sieht sich die Entwicklung dieser Technologie in der Schweiz mit verschiedenen Herausforderungen konfrontiert. Es handelt sich dabei sowohl um rechtliche und administrative Hürden als auch um technische, wirtschaftliche und Fragen der Akzeptanz handelt.

Rechtliche und raumplanerische Hürden.

Lange Zeit war der Bau von Solaranlagen über Landwirtschaftsland in der Schweiz rechtlich schwierig. Im Gegensatz zu Nachbarländern und vielen Regionen der Welt, wo dies seit Jahren praktiziert wird, war Agri-PV in der Schweiz kaum möglich. Eine entscheidende Erleichterung brachte zwar die Anpassung der Raumplanungsverordnung im Sommer 2022. Diese ermöglichte Agri-PV ausserhalb der Bauzone. Allerdings knüpfte die Verordnung dies an eine wichtige Bedingung: Die Agri-PV-Anlagen müssen der landwirtschaftlichen Produktion einen zusätzlichen Nutzen bringen. Die Absicht dahinter war, zu verhindern, dass landwirtschaftliche Flächen einfach für grosse Freilandanlagen unter einem "grünen Deckmäntelchen" missbraucht werden, welche die landwirtschaftliche Nutzung stark einschränken würden. Diese Bedingung schränkt die Zahl möglicher Standorte von vornherein stark ein. Bei vielen Ackerbaukulturen wie Weizen, Kartoffeln, Gemüse fallen die Erträge unter Modulen normalerweise deutlich tiefer aus. Dies macht diese Kulturen weniger geeignet für Agri-PV unter den aktuellen Auflagen, da der "zusätzliche Nutzen" schwieriger nachzuweisen ist. Die Suche nach Kulturen, die unter den Modulen tatsächlich profitieren, wie bestimmte Beeren- und Obstkulturen, wird dadurch essenziell.

Herausforderungen im Bewilligungsverfahren.

Trotz der rechtlichen Erleichterungen schreitet die Entwicklung der Agri-PV in der Schweiz "zaghaft" voran. Viele Projekte stecken weiterhin im Bewilligungsverfahren fest. Ein Hauptgrund dafür ist, dass es in der Schweiz wenig Erfahrung mit Agri-PV-Anlagen gibt, was den Behörden oft an Entscheidungsgrundlagen mangelt. Der Planungsaufwand für Pilotanlagen war bisher hoch. Es können Konflikte mit bestehenden Planungsnutzungen wie Fruchtfolgeflächen, Naturschutzgebieten und Ausgleichsflächen entstehen.

Technische und kostenseitige Herausforderungen.

 Die Erstellung und der Anschluss einer Agri-PV-Anlage sind im Vergleich zu Anlagen an oder auf Gebäuden teurer. Agri-PV-Anlagen benötigen eine starke und hohe Unterkonstruktion, um landwirtschaftliche Arbeiten darunter ohne grosse Einschränkungen zu ermöglichen. Dies bedingt einen erhöhten Aufwand. Spezifisch für Agri-PV entwickelte Teilanlagen oder Systeme, teilweise eigens für Pilotprojekte entwickelt, kosten mehr als konventionelle fertige Anlagen. Die Gestehungskosten können je nach Systemart und Standort variieren. Überdachungssysteme von Dauerkulturen weisen laut einer ZHAW-Studie höhere Gestehungskosten auf (8.4 Rp./kWh) als vertikale Systeme auf Grünland (6 Rp./kWh). Generell sind sie teurer als Dachanlagen oder klassische Freilandanlagen. Der notwendige Ausbau des Netzes, der Netzanschluss sowie die vorgeschriebenen Sicherheitseinrichtungen verursachen ebenfalls hohe Kosten.

Die Finanzierung solcher Projekte erfordert oft zusätzliche finanzielle Beiträge von Institutionen, Stiftungen und Bundesämtern, um die nicht amortisierbaren Mehrkosten zu decken. Das bestehende nationale Auktionsverfahren deckt nur einen Bruchteil der Investitionskosten ab. Es besteht derzeit keine zusätzliche finanzielle Förderung speziell für Agri-PV, die die Mehrkosten abdecken würde.

Agronomische Herausforderungen und Forschungsbedarf.

Die Frage der optimalen Lichtdurchlässigkeit der Solarmodule für die jeweiligen Kulturen muss definiert werden. Es ist eine Herausforderung, das richtige Gleichgewicht zwischen der Lichtnutzung für die Energieerzeugung und dem für Pflanzen notwendigen Licht zu finden. Es braucht Forschung, um das Spannungsfeld zwischen der Ausrichtung auf den Pflanzenanbau und der Optimierung für die Stromproduktion zu erforschen. Die Auswirkungen auf den agrarwirtschaftlichen Ertrag müssen umfassend untersucht werden, um den potenziellen Mehrnutzen zu quantifizieren. Es ist notwendig, neue Entwicklungen in grösserem Massstab in der produzierenden Landwirtschaft auf ihre Praxistauglichkeit zu überprüfen und zu optimieren.

Akzeptanz und visuelle Beeinträchtigung.

Es bestehen teilweise Bedenken hinsichtlich der visuellen Beeinträchtigung der Landschaft. Grössere Anlagen stellen einen Eingriff in das Landschaftsbild dar. Zudem kann es mögliche Störungen durch Spiegelungen geben. Generell muss die Akzeptanz der Menschen gegenüber dem Einsatz von Solaranlagen als nachhaltige Energiequelle gefördert werden. Es gibt Ängste vor "zugeplasterten Flächen", die durch bessere Kommunikation ausgeräumt werden müssen.

Sonstige Bedenken.

Im Wesentlichen geht es um den Energieaufwand bei Herstellung und Entsorgung von Anlagen, die noch nicht genau geregelte Entsorgung, der Einfluss auf wild lebende Tiere und Vögel sowie der Bedarf an ausreichend starken Leitungen zum Abtransport des Stroms.

Probleme bei der Installation von Agri-Photovoltaik-Anlagen.

Die Entwicklung angepasster Unterkonstruktionen ist eine zentrale technische Herausforderung von Agri-PV um landwirtschaftliche Arbeiten unter den Solaranlagen ohne grosse Einschränkungen zu ermöglichen. Dies erfordert eine starke und hohe Struktur. In der Schweiz sind lichte Höhen von mindestens 3 bis 4 Metern für die Bewirtschaftung mit Maschinen erforderlich. Dies bedingt einen erhöhten Aufwand für die Unterkonstruktion, auch aufgrund der hohen Schweizer Normen (SIA 261) für Windlasten. Die Entwicklung individueller, erhöhter Unterkonstruktionen ist eine technische Anpassung, die diese Anforderungen erfüllt. Die Pfeiler der Konstruktion können zudem als Stütze für Pflanzen genutzt werden.

Lichtmanagement.

Eine grosse Herausforderung in der Agronomie ist das richtige Gleichgewicht zwischen dem für die Energieerzeugung genutzten Licht und dem für Pflanzen notwendigen Licht zu finden. So braucht es eine Anpassung der Solarmodule für dieses Lichtmanagement. Transluzide Solarmodule mit transparenten Zellzwischenräumen, die je nach Pflanzenkultur eine individuell anpassbare Lichtdurchlässigkeit bieten sind eine Möglichkeit, zum Beispiel 7% oder bis zu 70% im MLT-Modus mit Standard-Insolight Modulen. Diese haben bewegliche Elemente an den Modulen, mit denen sich die Verschattung der landwirtschaftlichen Kultur regulieren lässt. Die Insolight THEIA-Module nutzen optische Mikro-Tracking-Technologie und eine bewegliche Glasplatte, um das Licht auf die PV-Zellen zu bündeln, wobei die Lichtdurchlässigkeit dynamisch angepasst werden kann. Dies ermöglicht die Steuerung der Lichtmenge, die die Pflanzen erreicht.

Integration von Schutzfunktionen.

Die Agri-PV-Überdachung bietet einen Schutz des Ernteguts vor extremer Witterung wie Hagel, Starkregen, Stürmen und Hitzewellen. Dies ist ein technischer Nutzen, der durch die Anordnung der Module über der Kultur erreicht wird, und adressiert die zunehmende Betroffenheit von Obst- und Beerenkulturen durch solche Ereignisse aufgrund des Klimawandels. Systeme wie die von Megasol beschreiben dies als Vorteil. Überdachungssysteme können auch für die Dachwasserführung oder die benötigte Bewässerung unter den geschützten Bereichen vorgesehen werden.

Entwicklung verschiedener Systemarten.

Es gibt verschiedene Agri-PV-Systemtypen, die für unterschiedliche Anwendungsgebiete und topografische Gegebenheiten optimiert sind:

• Überdachungssysteme für Dauerkulturen wie Beeren und Obst.
• einachsige Trackersysteme, oft für offene Ackerflächen genutzt.
• vertikale Systeme mit bifazialen, also beidseitig produzierenden Modulen, geeignet für Dauergrünland oder Ackerflächen mit minimaler Landnutzung.

Integration in landwirtschaftliche Prozesse.

Die technischen Designs berücksichtigen die Integration von Bewässerungssystemen und Verkabelung. Die angepasste Unterkonstruktion ermöglicht zudem eine verbesserte Durchlüftung der Anbaureihen und angenehmere Arbeitsbedingungen bei der Ernte.

Vorteile von Agri-PV.

Agri-Photovoltaik (Agri-PV) bietet die Möglichkeit, auf derselben Fläche sowohl landwirtschaftliche Produkte anzubauen als auch Solarstrom zu erzeugen. In der Schweiz wir dies zunehmend als vielversprechende Technologie diskutiert und erprobt. Agri-Photovoltaik hat ein erhebliches Potenzial und die Vorteile dieser Doppelnutzung sind vielfältig. Agri-PV kann nicht nur einen wichtigen Beitrag zur Energiewende leisten, sondern bietet auch konkrete Mehrwerte für die Landwirtschaft selbst und die Umwelt.

Doppelte Flächennutzung und Steigerung der Landeffizienz.

Der wohl zentralste Vorteil ist die effizientere Nutzung begrenzter landwirtschaftlicher Flächen. Agri-PV ermöglicht die gleichzeitige Produktion von Nahrungsmitteln und Energie auf derselben Fläche, anstatt separate Flächen für jede Nutzung zu beanspruchen. Dies steigert die Effizienz der Landnutzung und stellt sicher, dass Solaranlagen der Landwirtschaft keine Flächen wegnehmen. Besonders vertikale Systeme minimieren den Flächenverlust für die landwirtschaftliche Produktion auf einen sehr schmalen Streifen Land.

Schutz der Kulturen vor extremer Witterung.

Angesichts zunehmender Wetterextreme durch den Klimawandel bietet die Agri-PV-Überdachung einen wichtigen Schutz des Ernteguts. Die Solarmodule schützen die Pflanzen vor Hagel, Starkregen, Stürmen und Hitzewellen, was insbesondere für anfällige Dauerkulturen wie Beeren und Obst ein technischer Nutzen ist. Dieser Schutz kann herkömmliche Kulturschutzsysteme ersetzen, die oft aufwendig in Instandhaltung und Reparatur sind.

Verbesserung des Mikroklimas und der Erträge.

Agri-PV kann das Mikroklima unter den Modulen besser steuern. Die angepasste Lichtdurchlässigkeit schafft je nach Pflanzenkultur ideale Voraussetzungen für das Wachstum. Es gibt Hinweise, dass dies zu einer Verbesserung von Ertragsmenge und -qualität und potenziell höheren Erträgen führen kann, insbesondere unter trockenen Bedingungen. Die teilweise Überdachung kann zudem zu kürzeren Blattnassphasen und besserer Durchlüftung der Anbaureihen führen, was weniger Krankheiten und somit eine Reduzierung des Einsatzes von Pflanzenschutzmitteln ermöglichen kann. Weniger Pflanzenschutzmittel tragen wiederum zu mehr Biodiversität bei.

Einsparung von Wasser.

Die halbschattigen Lichtverhältnisse unter den Modulen reduzieren die Wasserverdunstung am Boden und das Ausschwitzen der Pflanzen. Dies ermöglicht, Wasser einzusparen, was gerade in Regionen mit Wasserknappheit oder zunehmend unregelmässigen Niederschlagsmustern ein starker Mehrwert ist. Einige Systeme können sogar Niederschlagswasser für die spätere Bewässerung sammeln.

Wirtschaftliche Vorteile für Landwirte.

Agri-PV bietet Landwirten die Möglichkeit, ihre Einnahmequellen zu diversifizieren. Durch die Erzeugung und den Verkauf von Solarstrom schaffen sie sich eine zusätzliche Einnahmequelle oder können Energiekosten einsparen, indem sie den Strom selbst nutzen. Langfristig können so tiefere und stabilere Stromkosten erzielt werden. Die höhere Stabilität und Langlebigkeit der Agri-PV-Anlagen im Vergleich zu herkömmlichen Schutzsystemen können auch zu Vorteilen bei Versicherungskosten und geringerem Instandhaltungsaufwand führen.

Beitrag zur Energiewende und Energieversorgungssicherheit.

Agri-PV hat ein enormes Potenzial für eine nachhaltige Energieproduktion in der Schweiz, mit theoretischen Potenzialen, die den aktuellen Stromverbrauch bei weitem übersteigen. Selbst wenn nur ein Bruchteil dieses Potenzials genutzt würde, zum Beispiel 10% des künftigen Bedarfs auf etwa 1% der Landwirtschaftsfläche, wäre dies ein bedeutender Beitrag zur Energiewende. Landwirte können so zu wichtigen Akteuren der Energiewende werden und zur Versorgungssicherheit 365 Tage im Jahr beitragen. Vertikale Systeme bieten dabei oft Stromproduktion in den Morgen- und Abendstunden, was für die Netzverträglichkeit und den Marktwert des Stroms besonders attraktiv ist.

Anpassungsfähigkeit und technische Innovation.

Die Entwicklung von Agri-PV in der Schweiz fördert die Erforschung und den Einsatz angepasster Solarmodule und Unterkonstruktionen. Dazu gehören transluzide oder bewegliche Module zur dynamischen Anpassung der Lichtdurchlässigkeit und hohe, robuste Unterkonstruktionen, die landwirtschaftliche Arbeiten ermöglichen. Es werden verschiedene Systemarten (Überdachung, vertikal, Tracker) für unterschiedliche Kulturen und Topografien entwickelt und getestet. Diese technischen Entwicklungen zielen darauf ab, Agri-PV für die Praxis tauglich und kostengünstiger zu gestalten.

Förderung der Akzeptanz für Solaranlagen.

Agri-PV fördert die Akzeptanz der Menschen gegenüber dem Einsatz von Solaranlagen, da sie in die landwirtschaftliche Nutzung integriert sind und die Fläche nicht ausschliesslich für die Energieerzeugung beanspruchen. Durch die transparente Doppelnutzung kann Ängsten vor "zugeplasterten Flächen" begegnet werden.

Widerstandsfähigkeit gegenüber Klimawandelfolgen.

Indem Agri-PV Schutz bietet, Wasser spart und das Mikroklima optimiert, hilft sie Landwirten, die Auswirkungen des Klimawandels auf landwirtschaftliche Kulturen zu mindern und ihre Betriebe resilienter zu machen.

Weitere Erforschung und Entwicklung von Agri-PV Systemen.

Agri-PV-Lösungen in der Schweiz und Europa sind aktuell stark in der Entwicklung begriffen. Dies geschieht in Zusammenarbeit verschiedener Akteure wie Landwirtschaftsbetrieben, Solarfirmen und Forschungsinstituten. Ziel ist es, eine taugliche und kostengünstigere Lösung für eine breitere Anwendung in der Landwirtschaft zu finden. Ein wichtiger Teil der Entwicklung ist das Lichtmanagement für die Pflanzen. Hierfür werden technische Lösungen wie transluzide Solarmodule mit transparenten Zellzwischenräumen eingesetzt, deren Lichtdurchlässigkeit an die Pflanzenkultur angepasst werden kann. 

Apfelplantagen.

Heidelbeerenanbau.

Traubenanbau.

Erdbeerenplantagen.

Cherry-Tomatenanbau.

Tomatenanbau.

Gurkenplantagen.

Forschungsinstitute wie Agroscope und die ZHAW sind massgeblich an der wissenschaftlichen Bewertung und Optimierung beteiligt. Sie untersuchen die agronomischen Auswirkungen, den Einfluss der Landwirtschaft auf die Stromproduktion und sammeln wertvolle Praxiserfahrungen durch Pilotprojekte und Versuchsanlagen.

Pilotprojekt bioschmid.

Die Erstellung und der Anschluss einer Agri-PV-Anlage sind teurer im Vergleich zu Anlagen an oder auf Gebäuden. Dies liegt unter anderem an der Notwendigkeit der starken und hohen Unterkonstruktion. Der Prozess am konkreten Beispiel des Pilotprojekts bioschmid umfasste das Ausheben der Gräben, Verlegen der Rohre für den Netzanschluss. Darauf folgte der Netzanschluss und der Einbau der nötigen Sicherheitsvorrichtungen. Die Module werden auf den zuvor installierten Unterkonstruktionen errichtet. Im bioschmid-Projekt wurden die ersten beiden Anlagen Mitte März 2023 gebaut und waren im Juni 2023 online, die dritte wurde im Frühling 2024 fertiggestellt und in Betrieb genommen.

Firmen wie Energie 360° bieten Landwirten einen Gesamtservice für Planung, Bau und Betrieb an, was den Landwirten den hohen Aufwand und die Koordination aller Partner abnimmt. Die hohen Investitionskosten, insbesondere für die Unterkonstruktion und den Netzanschluss, beeinflussen die Gestehungskosten des Stroms erheblich. Die Finanzierung solcher Pilotprojekte erfordert oft Beiträge verschiedener Institutionen und Stiftungen, da die Mehrkosten nicht immer durch die amortisierbare Investitionssumme gedeckt sind.

Technische Daten.

 
In der Schweiz spielen technische Aspekte eine entscheidende Rolle. Es geht darum, innovative Solarsysteme zu schaffen, die nicht nur effizient Strom erzeugen, sondern auch optimal auf die Bedürfnisse der Landwirtschaft und die spezifischen Schweizer Gegebenheiten abgestimmt sind. Die "technische Herstellung" von Agri-PV in der Schweiz ist daher vor allem ein Prozess der Entwicklung angepasster Systeme und deren spezifischem Bau auf landwirtschaftlichen Flächen.

Überdachungssysteme.

Diese Systeme decken die Pflanzen vollständig oder teilweise von oben ab. Sie bieten den Vorteil eines direkten Schutzes vor Witterungsextremen. Für die Bewirtschaftung mit landwirtschaftlichen Maschinen erfordern sie lichte Höhen von mindestens 3 bis 4 Metern. Solche Höhen bedingen eine starke und hohe Unterkonstruktion. Überdachungssysteme eignen sich besonders gut für Dauerkulturen wie Beeren und Obst, wo sie herkömmliche Schutzsysteme wie Hagelnetze oder Regendächer ersetzen können. Gewächshäuser, die ebenfalls überdacht werden, stellen einen Sonderfall dar und bieten grosse Synergieeffekte bei Neubauten.

Vertikale Systeme.

Hierbei werden beidseitig produzierende, bifaziale Solarmodule vertikal in Reihen aufgestellt. Der Flächenverlust für die landwirtschaftliche Nutzung ist dabei auf einen sehr schmalen Streifen Land beschränkt. Vertikale Systeme sind flexibel in Bezug auf Bearbeitungshöhe, -breite und -richtung und an oft nicht ebenes Gelände anpassbar. Sie eignen sich besonders für Dauergrünland und offene Ackerflächen. Technisch bieten sie ein interessantes Erzeugungsprofil, da sie gut die Morgen- und Abendsonne nutzen, was für die Netzverträglichkeit und den Marktwert des Stroms vorteilhaft ist. Die spezifischen Erträge können laut einer Quelle bis zu 10% höher sein als bei fest installierten Freiflächenanlagen. Das von Next2sun entwickelte System wird als Beispiel für vertikale Agri-PV genannt.

Einachsige Trackersysteme.

Diese Systeme sind in Reihen angeordnet und folgen dem Lauf der Sonne um die horizontale Achse, um die Energieausbeute zu maximieren. Sie können für die Bodenbewirtschaftung oder bei starkem Wind horizontal oder vertikal ausgerichtet werden. Sie sind besonders geeignet für offene Ackerflächen. Klassische, schräg aufgeständerte Freiflächenanlagen gelten laut einer Quelle nicht als Agri-PV, da sie die landwirtschaftliche Nutzung stark einschränken.

Spezifischen Anforderungen an Module und Unterkonstruktionen.

Solarmodule.

Zum Einsatz kommen oft transluzide Solarmodule mit transparenten Zellzwischenräumen, um genügend Licht für die Pflanzen durchzulassen. Die Lichtdurchlässigkeit kann dabei individuell an die Anforderungen der Pflanzenkultur angepasst werden. Einige Systeme nutzen bewegliche Elemente oder Glasplatten, die mittels optischer Mikro-Tracking-Technologie die Lichtlenkung steuern können. Beispielsweise ermöglichen die THEIA-Module von Insolight eine dynamische Anpassung der Lichtdurchlässigkeit, von einem Modus für optimierte Energieproduktion ("E-mode") bis zu einem Modus mit 70% Lichttransmission für die Photosynthese ("MLT-mode").

Unterkonstruktion.

Die Struktur muss stark und hoch sein, um landwirtschaftliche Arbeiten zu ermöglichen und den hohen statischen Anforderungen der Schweizer Normen (SIA 261) für Windlasten zu genügen. Dies bedingt einen erhöhten Aufwand und höhere Kosten für die Unterkonstruktion im Vergleich zu Dachanlagen. Die Unterkonstruktion wird individuell an die Anbauanforderungen angepasst und kann so gestaltet sein, dass Wasser gut abfliesst oder Bewässerungssysteme und Verkabelung integriert werden können.

Elektrische Komponenten.

Neben den PV-Modulen gehören Wechselrichter (teilweise notstromfähig) und optional Batteriespeicher zur Anlage. Der Netzanschluss sowie vorgeschriebene Sicherheitseinrichtungen sind notwendige Bestandteile.

Leistung und Potenzial. 

• Potenzial: Das theoretische Gesamtpotenzial für Agri-PV in der Schweiz wird in einer ZHAW-Analyse auf 323 TWh pro Jahr geschätzt. 
• Innerhalb eines 300-m-Puffers um Einspeisepunkte reduziert sich das Potenzial auf 113 TWh pro Jahr. Realistischer wird ein Potenzial genannt, das mit 1 bis 2% der Schweizer Landwirtschaftsfläche (ohne Sömmerungsflächen) rund 7 bis 8 TWh Strom jährlich erzeugen könnte, was etwa 10% des für 2050 erwarteten Strombedarfs entspricht. 
• Ein anderes ZHAW-Gedankenspiel zeigt, dass 10% des 2050er Bedarfs auch mit 10'000 Hektaren Ackerland (1% der Gesamtfläche) oder knapp 1% der Dauerkulturen erreicht werden könnten. Das maximale errechnete Potenzial wird auch als das Sechsfache des aktuellen Stromverbrauchs (60 TWh/Jahr) genannt, also 360 TWh/Jahr (was nahe am theoretischen 323 TWh liegt).
• Anlagenleistung: Das Pilotprojekt bioschmid hat eine installierte Leistung von 500 Kilowatt (kW) auf 7200 Quadratmetern, mit der jährlich rund 500'000 kWh Solarstrom produziert werden sollen. Eine durchschnittliche Solaranlage auf einem Einfamilienhaus hat im Vergleich dazu rund 10 kW. 
• Im Insolight-Pilotprojekt in Conthey wurden 2023 2,5 Gigawattstunden (GWh) Strom produziert. Dabei werden mit einem Kilogramm geernteter Beeren 60 kWh produziert.
• Gestehungskosten (LCOE): Die Gestehungskosten pro Kilowattstunde Strom variieren je nach Systemtyp und Standort. 
• Eine ZHAW-Berechnung für eine 1-MW-Referenzanlage ergibt die tiefsten Kosten für Vertikalanlagen auf Grünland (6 Rp/kWh), gefolgt von Systemen über Ackerflächen (7.8 Rp/kWh) und Überdachungen von Dauerkulturen (8.4 Rp/kWh). Diese Kosten werden stark von den Investitionskosten für Unterkonstruktion und Netzanschluss beeinflusst

Systemtypen.

Es gibt transluzide Solarmodule mit anpassbarer Lichtdurchlässigkeit, einschliesslich der von Insolight entwickelten THEIA-Module mit optischer Mikro-Tracking-Technologie und dynamischer Anpassung der Lichtdurchlässigkeit ("E-mode" für Energie, "MLT-mode" für Photosynthese mit 70% Transmission).

Spezifische Unterkonstruktionen, die hoch und stark genug sind, um landwirtschaftliche Arbeiten darunter zu ermöglichen und den Schweizer Normen für Windlasten zu genügen sind als Standardprodukt noch in der Entwicklung.

Verschiedene Systemtypen wie Überdachungssysteme, vertikale Systeme (z.B. von Next2sun erwähnt) und einachsige Trackersysteme sind schon standardisiert.

Investoren für Agri-PV in der Schweiz.

 
Wenn man von Finanzierungsquellen, beteiligten Partnern, fördernden Institutionen und Stromabnehmern spricht, sind nicht klassische Finanzinvestoren im Sinne von Kapitalgebern, die rein finanzielle Renditen aus einem Portfolio von Projekten anstreben, gemeint. Die Entwicklung in der Schweiz scheint stark von Pilotprojekten und der Zusammenarbeit zwischen Landwirtschaft, Technologieunternehmen, Forschungsinstituten und der öffentlichen Hand geprägt zu sein.

Landwirtschaftsbetriebe investieren selbst.

Die Landwirte, auf deren Flächen die Agri-PV-Anlagen realisiert werden, sind zentrale Akteure und tragen oft einen Teil der Investitionskosten oder bringen Eigenleistungen ein. Sie sind die Betreiber der Anlage vor Ort und haben ein direktes Interesse an den agronomischen Vorteilen und der Diversifizierung ihrer Einnahmen durch Stromverkauf. Das Pilotprojekt bei bioschmid gmbh wird vom Betrieb selbst initiiert und mitgetragen. Heinz Schmid, der Biobauer und Beerenproduzent, ist der treibende Kopf hinter dem Projekt.

Technologieentwickler und -lieferanten.

Unternehmen, die die spezifischen technischen Lösungen für Agri-PV entwickeln und vertreiben, sind ebenfalls finanziell involviert. Im Rahmen von Pilotprojekten leisten sie oft finanzielle Beiträge oder gewähren Rabatte auf ihre Komponenten. Die Oberfeld Energie GmbH, Insolight SA und Megasol Energie AG werden als Entwicklungspartner und Lieferanten von Solaranlagen für Agri-PV genannt. Im bioschmid-Pilotprojekt waren Insolight und Megasol einheimische Technologiepartner. Diese Partner kamen Heinz Schmid finanziell entgegen. Insolight entwickelt spezielle Module mit dynamisch anpassbarer Lichtdurchlässigkeit. Ein weiteres Start-up, Voltiris, testet eine Lösung für Gewächshauskulturen in einem Pilotprojekt mit Agroscope.

Öffentliche Förderprogramme, Institutionen und Stiftungen.

Da Agri-PV-Pilotprojekte in der Schweiz, insbesondere ausserhalb der Bauzonen, oft mit hohem Projektierungsaufwand verbunden sind und teurer als konventionelle Anlagen auf Dächern sein können, sind sie auf zusätzliche finanzielle Unterstützung angewiesen, insbesondere für die nicht amortisierbaren Mehrkosten der Pionierphase. Das bioschmid-Pilotprojekt wird von verschiedenen Institutionen und Stiftungen unterstützt wie: Pilot- und Demonstrationsprogramm des Bundesamts für Energie, Fondation Sur-La-Croix, Swisslos (speziell für die Forschungskomponente), Fondation Valery und eine weitere, namentlich nicht genannte Stiftung. Der Kanton Luzern hat Heinz Schmid ebenfalls finanziell unterstützt. Generell fehlt es derzeit an einer zusätzlichen finanziellen Förderung für Agri-PV, welche die Mehrkosten im Vergleich zu konventionellen Anlagen abdeckt, auch wenn der Mantelerlass die Bewilligung erleichtern soll. Das bestehende Fördergeld wie die Einmalvergütung deckt oft nur einen Bruchteil der Investitionskosten ab.

Energieversorgungsunternehmen und Stromabnehmer.

Unternehmen, die den produzierten Solarstrom abnehmen, bieten eine entscheidende Einnahmequelle für die Betreiber und tragen so zur Wirtschaftlichkeit der Anlagen bei. Einige Energieversorger engagieren sich auch direkt als Partner oder Betreiber. Heinz Schmid von bioschmid liefert seinen Strom an das örtliche Stromversorgungsunternehmen CKW. Das Insolight-Projekt in Conthey wird von Migros unterstützt (seit 2021) und sowohl Migros als auch Denner sind Abnehmer des Solarstroms. Romande Energie ist Partner im Agri-PV-Pilotprojekt von Agroscope und Insolight in Conthey. Sie könnten hier ebenfalls als Stromabnehmer oder kofinanzierender Partner agieren. 

Energie 360° bietet Landwirten an, Solaranlagen (einschliesslich Agri-PV in Partnerschaft mit Insolight) für sie zu planen, zu bauen und zu finanzieren. Dies deutet darauf hin, dass Energie 360° hier die Rolle eines Investors und Betreibers übernimmt, während der Landwirt die Fläche zur Verfügung stellt, ähnlich dem Modell der Dachmiete bei Standard-Solaranlagen.

Forschungsinstitute.

Obwohl Forschungsinstitute wie Agroscope, die ZHAW (Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften) und die Berner Fachhochschule HAFL massgeblich an der Entwicklung und Erforschung von Agri-PV beteiligt sind, finanzieren sie in erster Linie die Forschungsarbeiten und den Betrieb ihrer eigenen Versuchsanlagen, nicht aber kommerzielle Agri-PV-Projekte im grossen Massstab. Sie sind jedoch entscheidende Partner bei der Datenerhebung und Optimierung der Systeme, was indirekt zur Attraktivität und wirtschaftlichen Tragfähigkeit zukünftiger Investitionen beiträgt.

Die "Investoren" in die Agri-PV-Entwicklung in der Schweiz sind eine vielfältige Gruppe von Akteuren. um eine vielversprechende, aber noch in den Anfängen steckende Technologie unter spezifischen Schweizer Bedingungen praxistauglich und wirtschaftlich rentabel zu machen.

Agri-PV-Kulturen.

Die Anwendungen von Agri-PV in der Schweiz konzentrieren sich auf verschiedene landwirtschaftliche Bereiche und Kulturen.

Dauerkulturen, insbesondere Beeren und Obst.

Dies ist ein primäres Anwendungsgebiet, da viele dieser Kulturen bereits heute vor Witterungseinflüssen geschützt werden müssen. Rebflächen haben ebenfalls ein beträchtliches Potenzial für Agri-PV, insbesondere bei Dauerkulturen.

Schutz des Ernteguts.

Agri-PV-Anlagen können bestehende Schutzsysteme wie Regendächer oder Hagelschutznetze ersetzen. Sie bieten Schutz des Ernteguts vor extremen Wetterereignissen wie Hagel, Starkregen, Stürmen und Hitzewellen. 

Mikroklima optimieren.

Durch die Überdachung wird das Mikroklima für die Pflanzen verbessert und kann gesteuert werden. Dies ist besonders vorteilhaft für Kulturen, die keine direkte Sonneneinstrahlung vertragen.

Ertragsmenge optimieren.

Es wird eine Verbesserung von Ertragsmenge und -qualität der Beeren- und Obstproduktion angestrebt. Pilotprojekte testen dies intensiv, zum Beispiel über Himbeeren und Erdbeeren.

Reduktion von Pflanzenschutzmitteln.

Die Notwendigkeit von Pflanzenschutzmitteln kann potenziell reduziert werden. Es ergeben sich angenehmere Bedingungen für die Erntearbeit.

Erweiterte Anbauzeiträume.

Die Anbauzeiträume regionaler Produkte könnten ausgedehnt werden.

Offene Ackerflächen.

Agri-PV ist auch für offene Ackerflächen relevant. Hier sind vor allem einachsige Trackersysteme und vertikale Systeme geeignet, da sie hohe Erträge liefern und die Bewirtschaftung nur minimal beeinträchtigen. Die Bewirtschaftung mit Maschinen erfordert ausreichend hohe Unterkonstruktionen.

Dauergrünland und Weiden.

Vertikale Systeme sind für Dauergrünland ideal, da sie den Flächenverbrauch minimieren, an oft unebenes Gelände anpassbar sind und die Weidenutzung nicht behindern. Die Module können Kühen sogar Schatten spenden.

Gewächshäuser.

Ein Sonderfall sind geschlossene Gewächshäuser. Agri-PV-Systeme werden hier getestet, um nutzbares Licht für das Gemüse zu filtern und gleichzeitig Strom zu produzieren, besonders bei lichtbedürftigen Gemüsekulturen.

Über diese spezifischen Anwendungsgebiete für verschiedene Kulturen und Flächen hinaus, werden durch Agri-PV folgende allgemeine landwirtschaftliche Vorteile und Anwendungen angestrebt.

Optimierte Bewässerung und Wassereinsparung.

Die Beschattung reduziert die Wasserverdunstung am Boden und das Ausschwitzen der Pflanzen. Systeme können auch dazu dienen, Niederschlagswasser zu sammeln und später für die Bewässerung zu nutzen. Dies ist angesichts prognostizierter Veränderungen der Niederschlagsmuster relevant.

Verbesserte Durchlüftung.

Insbesondere bei überdachten Systemen kann eine bessere Durchlüftung der Anbaureihen erreicht werden.

Schutz des Bodens.

Die Doppelnutzung der Fläche ermöglicht eine effiziente Nutzung des Bodens, ohne diesen zu schädigen.

Diversifizierung der Einnahmequellen.

Neben dem landwirtschaftlichen Ertrag können Landwirte durch den Verkauf des erzeugten Solarstroms zusätzliche Einnahmen generieren.

Linkverzeichnis.

Projekte, Institutionen, Behörden, Firmen.

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Heinz Schmid: bioschmid gmbh.

Pilotprojekt: Agri-PV bioschmid.

Pilotprojekt Agri PV-Conthey.
Pilotprojekt im Wallis: Agri-PV-Anlage über Beerenkultur in Conthey. © Insolight.

Forschungs- und Bildungsinstitute.

 
Agroscope.
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Berner Fachhochschule HAFL.
AgriSolar-Forum – Forschung und Dienstleistung im Bereich Agri-Photovoltai-

Technologieunternehmen und Hersteller.

Insolight SA. THEIA-Module.

Megasol Agri-PV.

Next2sun Agri-PV.

Energie 360° Agri-PV.

Energieversorgungsunternehmen (EVU) und Energieanbieter.

CKW - Agri-PV.

AXPO - Agri-PV.

Stiftungen und Förderunternehmen.

Fondation Sur-La-Croix - Agri-PV.

Fondation Valery - Agri-PV.

Migros - Agri-PV.

Denner - Agri-PV.

Swisslos - Projektunterstützung.

Behörden, Bund, Kantone und Gemeinden.

Bundesamts für Energie - Agri-PV.

Kanton Luzern (Pilotprojekt Heinz Schmid) - Agri-PV.

Regiosuisse - Agri-PV.

Disclaimer / Abgrenzung

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