SoLAgri: TdRF2023_​Energiewende als biodiversitätsförderndes landwirtschaftliches Wertschöpfungsmodell - Ökosystem Agriphotovoltaik

Projektleitung

Alexander Bauer

Forschungseinrichtung

Universität für Bodenkultur Wien

Projektnummer

101971

Projektlaufzeit

-

Finanzierungspartner

Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Regionen und Wasserwirtschaft 

Allgemeine Projektinformationen

Abstract (deutsch)

Durch eine optimierte landwirtschaftliche Produktion in Agriphotovoltaik(APV)-Anlagen, in welchen parallel eine landwirtschaftliche und Stromproduktion stattfindet, sowie die gezielte Förderung artenreicher Habitatstrukturen, können wertvolle und multifunktionale Ökosysteme geschaffen werden, die gleichzeitig zur Energieerzeugung beitragen.

Im Projekt SoLAgri sollen erstmals zwei APV-Fallstudienbeispiele (EWS Sonnenfeld in Bruck/Leitha und Öko-Solar-Biotop Pöchlarn) unter den gleichen Gesichtspunkten untersucht werden. Bereits vor dem Projekt vorhandene Messaufbauten werden harmonisiert, um eine größere Datengrundlage zu schaffen, was eine verbesserte Interpretation der Daten für die Praxis ermöglicht. Im Projekt werden die landwirtschaftlichen Rahmenbedingungen sowie mikroklimatische Parameter unterschiedlicher Landnutzungsformen (Ackerbau, Obstbau, Grünland mit Beweidung) erfasst. Zusätzlich werden die ackerbaulichen Produktionen beider APV-Anlagen dokumentiert, um die Bewirtschaftung zu optimieren. Das Management unter den PV-Modulen und eine Optimierung dieses wird im Projekt evaluiert. Ein weiterer Fokus liegt auf der Untersuchung der Habitatstrukturen im Bereich von APV-Anlagen bzw. von Maßnahmen zur Förderung der Artenvielfalt und Biodiversität. Mittels Ökobilanz sollen die beiden Standorte bezüglich ihrer Umweltauswirkungen bewertet und Hotspots, also Prozesse, welche besonders zu Umweltauswirkungen beitragen, identifiziert werden. Durch die Abhaltung eines Workshops für relevante Stakeholder soll die Vernetzung innerhalb der APV-Community, aber auch der Erfahrungsaustausch gefördert werden. Schlussendlich sollen die Erkenntnisse des Projekts als Handlungsempfehlungen und Bericht festgehalten werden und unter anderem Empfehlungen für die Politik, Landwirt*innen und Energieunternehmen beinhalten.

Durch die Umsetzung dieser Maßnahmen in enger Zusammenarbeit mit Stakeholdern, welche sich bereits zu einer Mitarbeit bereit erklärt haben, wird das Projekt SoLAgri signifikant zu einer nachhaltigen, ressourceneffizienten und ökologisch ausgewogenen Entwicklung von APV-Anlagen in Österreich beitragen.

Schlagwörter (deutsch)

Agriphotovoltaik, Agri-PV, Solarpark, Photovoltaik, Ökosystemvielfalt, Habitatvielfalt, Energiewende, Zukunft Landwirtschaft, Ackerbau, Dekarbonisierung, Nachhaltigkeitsbewertung, Ökobilanz, Ökosystemleistungen, Förderung Biodiversität

Titel, Abstract, Schlagwörter (englisch)

Titel (englisch)

TdRF2023_​Energy transition as a biodiversity-promoting agricultural value creation model – Ecosystem Agrivoltaics

Abstract (englisch)

Optimised agricultural production in agriphotovoltaic (agrivoltaic, APV) systems, in which agricultural and electricity production take place on the same area, as well as the targeted support of species-rich habitat structures, can create valuable and multifunctional ecosystems that contribute to energy production at the same time.

In the SoLAgri project, two APV case studies (EWS Sonnenfeld in Bruck/Leitha and Öko-Solar-Biotop Pöchlarn) will be investigated under the same aspects for the first time. Existing measurement setups prior to the project will be harmonized in order to create a larger data basis, which will allow for an improved interpretation of the data for practical use. In the project, the agricultural framework and microclimatic parameters of different land use types (arable farming, orchard, grassland with grazing) will be recorded. In addition, the arable productions of both APV systems are documented in order to optimise the cultivation. The management under the PV modules and an optimization of these will be evaluated in the project. Another focus is the investigation of habitat structures in the area of APV plants and measures to promote biodiversity and species diversity. By means of life cycle assessment, the two sites will be evaluated with regard to their environmental impacts and hotspots, i.e. processes that particularly contribute to environmental impacts, will be identified. A workshop for relevant stakeholders will be held to support networking within the APV community as well as the exchange of experiences. Finally, the findings of the project are to be documented in the form of practical recommendations and a report including suggestions for policy-makers, farmers and energy companies. By implementing these measures in close cooperation with stakeholders, who have already commited to cooperation, the SoLAgri project will significantly contribute to a sustainable, resource-efficient and ecologically balanced development of APV plants in Austria.

Schlagwörter (englisch)

Agrivoltaics, Solar sharing, solar park, photovoltaics, ecosystem, ecosystem diversity, habitat diversity, energy transition, sustainable agriculture, arable farming, decarbonisation, sustainability assessment, life cycle assessment, ecosystem services, support of biodiversity

Projektziele

Die Sicherstellung der Versorgung mit Nahrungsmitteln, Rohstoffen und Energie hat oberste Priorität in unserer Gesellschaft. Dabei ist die regionale Umsetzung innovativer Lösungen und Ansätze von entscheidender Bedeutung. Die Agriphotovoltaik (APV oder AgriPV) erlaubt nicht nur die simultane landwirtschaftliche Produktion und Stromerzeugung auf derselben Fläche, sondern schafft auch einen Mehrwert durch multifunktionale Nutzung der Agrarflächen. APV-Anlagen lassen sich nach ihrer landwirtschaftlichen Nutzung klassifizieren (Dauergrünland, Ackerbau, Gartenbau, Aquakultur), als auch nach ihrer Bauweise (offen, geschlossen) (Fraunhofer ISE, 2022).

Im Projekt werden landwirtschaftliche Rahmenbedingungen inkl. mikroklimatischer Parameter in APV-Anlagen, eine Optimierung der landwirtschaftlichen Produktion im Ackerbau und der Bewirtschaftung unter den PV-Modulen, Struktur-/Habitatvielfalt untersucht sowie eine Nachhaltigkeitsbewertung durchgeführt. Durch Einbeziehung dieser diversen Aspekte, soll aufgezeigt werden, wie diese innovativen Technologien in Einklang gebracht werden können, um eine nachhaltige und resilientere Zukunft zu gestalten, die Versorgungs- und Ernährungssicherheit zu gewährleisten, sowie die Ressourcen Boden und Fläche (qualitativer Bodenschutz & quantitative Flächennutzung) nachhaltig zu bewirtschaften. Dafür werden zwei konkrete Praxisbeispiele herangezogen: das PV-Leuchtturmprojekt EWS Sonnenfeld in Bruck/Leitha und das Pilotprojekt Öko-Solar-Biotop Pöchlarn. Die zwei ausgewählten Praxisbeispiele ermöglichen einen umfassenden Vergleich unterschiedlicher Standorte und APV-Systeme. Dadurch können regionale Unterschiede und der Einfluss der speziellen Ausgestaltung einer APV-Anlage in Bezug auf die landwirtschaftliche Produktion und die Habitat- und Artenvielfalt ermittelt werden. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen sowohl politische Entscheidungsträger*innen, Landwirt*innen und Energieunternehmen bei der Implementierung und Förderung von APV unterstützen.

Das EWS Sonnenfeld in Bruck/Leitha ist eine 5,5 ha große Forschungs- und Demonstrationsanlage, auf der unter anderem eine bodennahe APV-Anlage installiert ist. Die Modultische sind beweglich und können je nach Bedarf auch gesteuert werden (z.B. spezielle Ausrichtung für landwirtschaftliche Bewirtschaftung). Drei verschiedene Achsenabstände sind ausgeführt: 8, 11 und 14 m, wobei auf jeder Seite ein Blühstreifen von einem Meter vorhanden ist. Somit ergeben sich Bewirtschaftungsbreiten von jeweils 6, 9 und 12 m.

Das Öko-Solar-Biotop Pöchlarn ist ein Pilotprojekt, in dem die Kombination einer Photovoltaik(PV)-Großanlage mit Biodiversitätsflächen untersucht wird. Auf 90% der rund 5 ha großen Anlage befinden sich fix installierte süd-ausgerichtete Modultische mit darunter liegenden Biodiversitäts- und Weideflächen. Weitere Bereiche der Anlage werden mit drei verschiedenen APV-Systemen bewirtschaftet: Obstbäume unter einer hoch aufgeständerten APV-Anlage; zwei unterschiedliche bodennahe APV-Anlagen mit ackerbaulicher Bewirtschaftung (fixe und drehbare Module).

Die Verknüpfung von landwirtschaftlicher Produktion und PV erfordert eine intelligente Auswahl von Kulturen, welche möglichst gering auf die reduzierte zur Verfügung stehende Strahlung reagieren. Die Schattenwirkung kann auch den Wasserbedarf der Pflanzen verringern und somit zu einer verbesserten Nutzung des verfügbaren Wassers beitragen. Die reduzierte Freifläche und die Schattenwirkung der Solarmodule können dazu beitragen, die Bodentemperatur zu senken und das lokale Mikroklima zu beeinflussen. Dies kann insbesondere in Zeiten von Hitzewellen und/oder Dürren von Vorteil sein, da es das Risiko von Ernteausfällen verringert und die landwirtschaftliche Resilienz stärkt. Daher sollen im SoLAgri Projekt in beiden APV-Standorten mit unterschiedlichen Landnutzungen (Ackerbau, Obstbau, Grünland mit Beweidung) landwirtschaftliche Rahmenbedingungen inkl. mikroklimatischer Parameter erfasst werden. Frühere Messaufbauten und Ergebnisse werden harmonisiert und ebenfalls ausgewertet. Durch diese Kooperation mit vorangegangenen Projekten ist es möglich eine Datengrundlage über längere Laufzeit zu schaffen, was die Nutzbarkeit von bereits generiertem Wissen und Daten fördert.

Durch eine Weiterführung der ackerbaulichen Versuche an beiden APV-Standorten im SoLAgri Projekt wird ein umfassendes Bild der landwirtschaftlichen Produktion in APV-Anlagen erfasst. Somit kann ermittelt werden, welche Anbaumethoden und Kulturen sich trotz der geringeren verfügbaren Strahlung für die Produktion in APV-Anlagen eigenen. Eine Optimierung der landwirtschaftlichen Produktion wird vorangetrieben, um die Ernährungs- und Versorgungssicherheit zu gewährleisten und eine klimafitte Landwirtschaft zu unterstützen.

Neben den klimatischen Vorteilen fördert die APV auch die Artenvielfalt und den Erhalt von Ökosystemen. Durch das gezielte Anlegen von blühenden Pflanzenstreifen zwischen und unter den PV-Modulen können Lebensräume für Insekten, Vögel und Kleinsäuger geschaffen werden. Die Steigerung der Biodiversität begünstigt natürliche Bestäubungsprozesse und die Reduktion von Schädlingen, wodurch der Bedarf an chemischen Pflanzenschutzmitteln reduziert und die Umwelt geschont wird. Im SoLAgri Projekt soll ermittelt werden, wie diese wichtigen Flächen optimal bewirtschaftet werden können, um die Funktionalität und Attraktivität des Blühstreifens aufrecht zu halten. Dazu werden gängige, auf Freiflächen-PV Anlagen bereits erprobte Pflege- und Managementkonzepte untersucht. In Bezug auf die Nachsaat dieser biodiversitätsfördernden Flächen soll besonderer Fokus daraufgelegt werden, eine Bodenbearbeitung, wenn möglich, zu vermeiden, um die Ressource Boden weitestgehend zu schützen. Dafür werden spezifische System- und Anlagenkomponenten identifiziert und klassifiziert und ein schematisch-räumliches Zonierungsprofil der APV-Anlagen inkl. Biodiversitätsflächen entwickelt. Darauf aufbauend erfolgt eine Analyse und Bewertung der aktuellen Ökosystem- und Biodiversitätssituation in ausgewählten Bereichen der APV-Anlage, unter Berücksichtigung der spezifischen Anforderungen der einzelnen Anlagenkomponenten (z.B. speziell abgestimmte Saat- bzw. Blühmischungen).

Für beide APV-Standorte wird eine Nachhaltigkeitsbewertung mittels Ökobilanz durchgeführt und so der ökologische Fußabdruck untersucht. Dafür wird die gesamte Vorkette der APV-Anlage mitmodelliert, um Empfehlungen für eine nachhaltige Versorgungskette und zukünftige möglichst nachhaltige APV-Anlagen zu geben. Durch die aufgenommenen Daten im Projekt kann die landwirtschaftliche Praxis und wichtige Nährstoffkreisläufe mittels Ökobilanz abgebildet werden und so mineralische Rohstoffe, wie etwa Düngung und deren Umweltauswirkungen, verfolgt werden.

Gegen Projektende soll ein Workshop mit allen wichtigen Stakeholdern abgehalten werden (z.B. Leuchtturmprojekt „Agri-Photovoltaikanlage-Obstbau“ in Haidegg). Dabei soll der Wissensaustausch über APV-Anlagen gefördert und Teilnehmer*innen vernetzt werden. Weiters soll Handlungsempfehlungen für interessierte Landwirt*innen und andere Stakeholder erarbeitet werden welche auch als Grundlage für politischen Empfehlungen für nachhaltige APV dienen sollen. Dieser soll für politische Entscheidungsträger*innen eine Grundlage für nachhaltige Entwicklung und Förderung von APV-Anlagen bieten, da die Synergiepotenziale der Kombination von Landwirtschaft und PV-Stromproduktion aufgezeigt werden.

Integriertes Projektmanagement stellt sicher, dass SoLAgri seine Ziele innerhalb des vorgegebenen Projektrahmens erreicht. Die Aufgaben der Projektleitung umfassen die Kontrolle, Überwachung und Dokumentation des Projektfortschritts, das Finanzmanagement sowie die Sicherstellung der Verwertbarkeit der Ergebnisse in der Praxis. Regelmäßige Projektmeetings (zumindest alle 3 Monate) unterstützen die Koordination der Aktivitäten und gewährleisten die Qualitätssicherung der Ergebnisse.

Praxisrelevanz

Extremwetterereignisse, deren zukünftige Zunahme zu erwarten ist, sind eine Herausforderung für die Landwirtschaft. Ernteausfälle aufgrund von Trockenstress und/oder Hagelschäden beeinträchtigen die landwirtschaftliche Produktion. Gleichzeit muss die erneuerbare Stromproduktion massiv ausgebaut werden, einschließlich der Installation von PV-Freiflächenanlagen. Infolgedessen wird der Druck auf Agrarflächen verstärkt. Eine Möglichkeit diesen Flächenkonflikt abzuschwächen, ist die APV, die parallele Nutzung von Agrarfläche zur landwirtschaftlichen Produktion und Stromerzeugung mittels PV. Daher steht die APV derzeit stark im Fokus zunehmender Forschung und Anwendung, um den wachsenden Herausforderungen der klimaresilienten Gesellschaft gerecht zu werden. SoLAgri verspricht zahlreiche praxisrelevante Vorteile und neue Erkenntnisse für Landwirtschaft, Wirtschaft, Politik und Gesellschaft. Durch die gezielte Bearbeitung mehrerer Arbeitspakete werden an zwei Standorten wichtige Aspekte untersucht, die eine effektive und nachhaltige Nutzung von APV ermöglichen. Im Fokus stehen dabei folgende praxisrelevante Vorteile und Ergebnisse: 

Erfassung landwirtschaftlicher Rahmenbedingungen und des Mikroklimas von APV-Anlagen: AP1 ermöglicht es, die Auswirkungen der APV auf landwirtschaftliche Rahmenbedingungen und des Mikroklimas zu verstehen. Diese Erkenntnisse ermöglichen die gezielte Identifizierung von Maßnahmen zur optimierten Flächenbewirtschaftung sowie die Bereitstellung einer fundierten Datengrundlage für Anpassungen in der Anbauplanung. Aus den Ergebnissen kann auch geschlussfolgert werden, ob APV positive Effekte zur Reduktion von Folgen von Extremwetterereignissen haben, die möglicherweise helfen, die Auswirkungen des Klimawandels besser zu bewältigen (z.B. Reduktion Hitzestress). Dies trägt dazu bei, die Anbaustrategien langfristig nachhaltig zu gestalten und die landwirtschaftliche Produktion gegenüber Extremwetterereignissen zu stärken.

Optimierung der landwirtschaftlichen Produktion zwischen den PV-Modulen: APV bietet die Möglichkeit, vorhandene Flächen doppelt zu nutzen, wodurch die Flächennutzungseffizienz gesteigert wird. Durch Ackerbauversuche in AP2 werden Anbaumethoden und Kulturen untersucht, die hohe/höhere Erträge trotz möglicher reduzierter Strahlung versprechen. Durch diese Optimierung kann die landwirtschaftliche Produktion gesteigert bzw. erhalten bleiben, sodass eine wirtschaftliche Betriebsweise möglich bleibt.

Optimierung der Bewirtschaftung der Fläche unter den PV-Modulen: Die Bewirtschaftung von Blühstreifen unter den PV-Modulen (AP3) dient nicht nur dazu, aus der landwirtschaftlichen Produktion genommene Fläche zu kompensieren, sondern auch die Artenvielfalt zu fördern und Lebensräume für Insekten und heimische (Blüh-)Pflanzen zu schaffen. Dies entspricht nicht nur den Anforderungen und  Bestrebungen Österreichs und der EU (vgl. Biodiversitätsstrategie, European Green Deal), sondern trägt auch zum ökologischen Gleichgewicht bei.

Nachhaltiges Anlagendesign für artenreiche Habitatstrukturen - ökologische Maßnahmen und Ökosystemvielfalt: Die Planung und Anlage von Blühstreifen, Biodiversitätsflächen bzw. ergänzender biodiversitätsfördernder Maßnahmen setzt eine hohe Fachkenntnis im Bereich der Begrünungstechnik voraus. Speziell auf APV-Standorte abgestimmte Saat- bzw. Blühmischungen können den Anwuchserfolg unterstützen und gleichzeitig den Ressourcen- und Pflegeaufwand minimieren. Die Verwertungsmöglichkeiten des Grünschnitts stellen einen weiteren wichtigen Managementaspekt dar (AP4).

Bewertung der Umweltauswirkungen von APV: AP5 zielt darauf ab, die Umweltauswirkungen wie etwa die Treibhausgasemissionen der APV ganzheitlich zu bewerten und Hotspots zu identifizieren. Durch diese Analyse können gezielt Handlungsempfehlungen gegeben werden, um zukünftige APV-Anlagen nachhaltig zu gestalten, um negative Effekte zu minimieren und ökologisch sensible Bereiche zu schützen. Dies trägt zur Nachhaltigkeit der Landwirtschaft bei und verbessert die Akzeptanz der APV in der Gesellschaft.

Workshop & Ermittlung Handelsempfehlungen: AP6 beinhaltet die Erarbeitung praxisorientierter Handelsempfehlungen, welche Stakeholder bei der Implementierung von APV unterstützt. Die Ergebnisse des Projektes werden in Workshops mit Stakeholdern diskutiert, um einen engen Austausch zwischen Forschung und Praxis zu gewährleisten. Dadurch werden neue Erkenntnisse direkt in die landwirtschaftliche Praxis übertragen und eine breite Akzeptanz und Anwendung der APV gefördert.

SoLAgri zeigt ein enormes Potenzial für die Praxis. Die Kombination landwirtschaftlicher Produktion und erneuerbarer Stromerzeugung bietet vielfältige Vorteile für Landwirt*innen, die Umwelt und die Gesellschaft. Die gewonnenen Erkenntnisse und die praxisorientierten Lösungsansätze werden dazu beitragen, die Landwirtschaft nachhaltiger und zukunftsfähiger zu gestalten und die Resilienz der Landwirtschaft gegenüber Klimaänderung zu stärken.