Agrivoltaik, um „echte“ Farmen mit Solarfarmen zu verbinden

Solarlandwirtschaft?

Solarenergie wird schnell zu einer bedeutenden Energiequelle. Der Markt für Solarenergie ist in den letzten Jahren enorm gewachsen und wird in den USA voraussichtlich bis 2030 weiter mit einer durchschnittlichen Jahreswachstumsrate von 15,4 % wachsen.

Quelle: Grand View Research

Die Einführung von Solarenergie im Westen wird tatsächlich von dem globalen Wachstum der Solarenergie überschattet, wobei China die Führung übernimmt, da es für mehr Solarstromprojekt‑Pipelines verantwortlich ist als der Rest der Welt zusammen.

China hat seine Kapazität für erneuerbare Energien Jahr für Jahr ausgebaut und zwischen 2023 und 2024 mehr Solarstrom installiert als in den vorangegangenen drei Jahren zusammen und mehr als die gesamte weltweit im Jahr 2023 installierte Kapazität.

Damit ist der asiatische Riese auf Kurs, bis zum Jahresende eine installierte Wind‑ und Solarkapazität von 1.200 GW zu erreichen, was ihm einen Vorsprung von sechs Jahren gegenüber dem Regierungsziel verschafft.

Quelle: Energy Wind Down Media

Dies hat bedeutende Publikationen wie The Economist dazu veranlasst, es buchstäblich als ein neues Zeitalter zu bezeichnen. Wir haben untersucht, welche neue Technologie es in „The Solar Age – A Bright Future To Mankind“ zur Realität machen wird.

Quelle: The Economist

Fortschritte in der Halbleiterfertigung und eine wachsende Skaleneffizienz bei der Produktion von Solarmodulen haben zu einem stetigen Rückgang der Photovoltaikkosten geführt, die seit 1990 um das 30‑fache gesunken sind. Infolgedessen dominiert die Photovoltaiktechnologie nun die Solarindustrie.

Quelle: EIA

Allerdings stößt Solarenergie bereits auf ein Problem. Das liegt daran, dass Solarenergie in Bezug auf die Flächennutzung relativ geringe Energiedichte aufweist.

Tatsächlich ist sie eine der ineffizientesten Energiequellen hinsichtlich der Flächennutzung, wobei nur ebenso CO₂‑neutrale Wind‑, Wasserkraft und Biomasse schlechter abschneiden.

Quelle: Wouter Beel Gravendeel

Dies führt zu Situationen, in denen Ackerland oder natürliche Lebensräume mit Solarmodulen für großflächige Solarfarmen bedeckt werden. Während dies die CO₂‑Emissionen reduziert, bringt es zahlreiche unerwünschte Nebenwirkungen mit sich, von der Zerstörung natürlicher Lebensräume bis hin zum Erosionsrisiko, insbesondere in bergigen Regionen.

Zum Beispiel kann man in der Provinz Fujian in China die gesamten Hügel von Solarmodulen bedeckt sehen.

Quelle: The Atlantic

Mangel an Ackerland

Dies ist ein wachsendes Problem, da wir jedes Jahr bereits große Mengen an Ackerland verlieren, bis zu 100 Millionen Hektar pro Jahr. Der Hauptfaktor für diese Verluste sind nicht Solarfarmen, sondern Erosion, Desertifikation, Urbanisierung, schlechte Anbaumethoden usw.

Das bedeutet jedoch nicht, dass die Lösung eines Problems (CO₂‑Emissionen) zu einem Problem für ein anderes wichtiges Thema (Verlust von Ackerland) werden sollte.

Einige Lösungen liegen auf der Hand, wie die Nutzung von Dächern, insbesondere von Industriegebäuden, aber auch von Wohngebäuden. Die Nutzung von Wüstengebieten kann eine weitere Option sein, jedoch sind diese ebenfalls fragile Ökosysteme, und das Entfernen von Staub verbraucht viele lokal seltene Wasserressourcen.

Diese können Teil der Lösung sein, doch damit Solar fossile Brennstoffe vollständig ersetzen kann, muss es über Jahrzehnte hinweg zweistellig wachsen. Und die Flächennutzung wird ein Problem darstellen.

Daher wäre die beste Lösung, Landwirtschaft und Stromerzeugung zu kombinieren, mittels einer Methode namens Agrivoltaik (Landwirtschaft + Photovoltaik).

Quelle: Dezeen

Bauernhofgebäude

Der einfachste Weg, Solarenergie in Bauernhöfe zu integrieren, besteht zunächst darin, die bemerkenswert großen Dachflächen von Bauernhofgebäuden zu nutzen. Von Heulagern über Garagen bis hin zu Scheunen verfügen viele Bauernhofgebäude über hohe, große, einheitliche Dächer, die sich ideal für die Installation von Solarmodulen eignen.

Quelle: X/Twitter

Obwohl es vielleicht nicht technisch Agrivoltaik ist, ist dies ein erster Schritt, der bereits gestern hätte unternommen werden sollen.

Dies sollte auch ein Schlüsselbestandteil beim Übergang der Landwirtschaft von fossilen Brennstoffen sein, unterstützt durch einige ergänzende Initiativen, die ohnehin für andere Formen der Agrivoltaik erforderlich sein werden:

• Elektrifizierung von Traktoren und landwirtschaftlichen Maschinen.
  • Dies wird stark von besseren Batterien abhängen, da zu schwere oder nicht ausreichend autonome Traktoren die Option wirtschaftlich unrentabel machen würden.
  • Dies könnte auch durch eine verstärkte Nutzung von Agrarrobotern erreicht werden, ein Thema, das wir in „Investors Should Take Note: Robotics Is Taking Over Farming“ untersucht haben.
• Günstige Energiespeicherung, um die benötigte Energie für sonnenlose Tage oder den Winter zu speichern.
  • Dies kann insbesondere mit thermischen Batterien erreicht werden, die Solarenergie speichern und landwirtschaftliche Einrichtungen wie Indoor‑Tierunterkünfte im Winter warm halten können.
• Dezentralere und robustere Stromnetze, um die in abgelegenen Bauernhöfen erzeugte Produktion ins Netz einspeisen zu können.
• Angemessene Finanzierung, da Bauernhöfe bereits ein geringes Gewinnmargen‑ und hohes Kapitalaufwandsgeschäft sind, werden die meisten Landwirte zögern zu investieren, wenn die Zinsen zu hoch sind.
  • CO₂‑Preisgestaltung könnte ebenfalls eine Rolle spielen, indem Landwirten ermöglicht wird, ihre Emissionen mit Solarmodulen zu reduzieren.

Landwirtschaftliche Energie

Das Hauptproblem bei der Kombination von Landwirtschaft und Solarstromerzeugung besteht darin, dass beide theoretisch um dieselbe Ressource konkurrieren: das Sonnenlicht.

Sonnenlicht ist schließlich die Energiequelle der angebauten Pflanzen, sei es Feldfrüchte oder das Gras auf einer Weide. In gewisser Weise erntet die Landwirtschaft bereits Solarenergie, jedoch in Form von essbarer Biomasse statt Strom.

Auf den ersten Blick mag das wie ein Wunschtraum erscheinen. Doch bei genauerer Betrachtung ist es komplexer, als dass Pflanzen einfach nur das Sonnenlicht verlieren, das von den Solarmodulen genommen wird.

Photoinhibition

Obwohl es eine praktische Vereinfachung ist, kann die Photosynthese von Pflanzen als ein einfaches Schema erklärt werden, wie

“Eingangslicht, Wasser & CO₂ -> Ausgangszucker”, ist der Prozess tatsächlich sehr komplex.

Ein Phänomen, das in realen Freifeldbedingungen sehr häufig auftritt, heißt Photoinhibition.

Dies geschieht, wenn das Sonnenlicht für die Pflanze zu intensiv ist, sodass sie es nicht aufnehmen kann, was zur Produktion schädlicher radikaler Oxidationsmoleküle führt. Dies schädigt die photosynthetische Fähigkeit der Pflanze und reduziert die Ernteerträge.

Quelle: Frontiers In Plant Science

Das bedeutet, dass an den meisten Sommertagen, insbesondere in südlichen Breiten, das Sonnenlicht zu stark und schädlich für die Pflanzen ist. Es bedeutet auch, dass ein Großteil der Sonnenenergie „verschwendet“ wird und nicht von der Ernte erfasst wird.

In diesem Zusammenhang bieten richtig platzierte Solarmodule nützlichen Schatten, insbesondere während der Spitzenstunden des Sonnenlichts.

Wassernutzung reduzieren

Der zusätzliche Schatten sollte auch die Hitze auf Bodenniveau begrenzen, da extreme Hitze die Ernteerträge schädigt. Und er kann insgesamt den Bewässerungsbedarf reduzieren.

In einigen Fällen kann das Solarmodul sogar eine Quelle für die Bewässerung sein. Dies liegt an der Tendenz der Module, Wasser aus dem Morgentau zu kondensieren, das dann „unterhalb“ des Moduls herabregnet.

Dieser Effekt könnte noch stärker sein, wenn wir unter den Photovoltaikmodulen ein wasserabsorbierendes Hydro‑Gel einsetzen würden. Dieses nutzt nur die Abwärme des Solarmoduls, nicht das Licht, das zur Stromerzeugung verwendet wird.

Während der Nacht sammelt das Material Wassermoleküle. Aber tagsüber, wenn die Sonne das Solarmodul erwärmt, verdampfen die Wassermoleküle und nehmen dabei überschüssige Wärmeenergie mit.Industry Tap

Solarzellen kühlen

Solarmodule können die Pflanzen vor übermäßigem Licht schützen, ihnen beim Abkühlen helfen und den Wasserbedarf reduzieren.

Allerdings können die Pflanzen im Feld auch die Effizienz der Solarmodule verbessern. Denn Solarmodule können ebenfalls unter übermäßigem Sonnenlicht leiden. Die optimale Temperatur für ein Solarmodul liegt bei etwa 25 °C (77 °F). Für jedes Grad Celsius darüber sinkt die Effizienz eines Solarmoduls typischerweise um 0,3 % bis 0,5 %.

Dies ist häufig ein Problem für Solarfarmen in heißen Wüstengebieten, wo Temperaturen von >40‑45 °C die Wirtschaftlichkeit des Projekts ernsthaft beeinträchtigen können.

Durch ständiges Verdunsten von Wasser und die Schaffung einer feuchten Bodenbedeckung kühlen die Pflanzen die ersten Meter Luft über dem Boden ab. Dies kann das Solarmodul kühlen und den Ertrag um mehrere Prozent steigern, insbesondere an den heißesten Sommertagen.

Integration von Viehzucht & Solarenergie

In Nicht‑Wüstengebieten ist ein häufiges Problem, dem Betreiber von Solarfarmen begegnen, die Notwendigkeit, das Graswachstum zu kontrollieren, sonst wirft das Gras Schatten auf die Solarmodule.

Dies wird am häufigsten durch die Anstellung von Personen gelöst, die Rasenmäher einsetzen, um das Gras zu schneiden. Und ironischerweise sind diese Rasenmäher meist benzinbetrieben.

Eine Alternative besteht darin, die Solarfarm mit Weidetieren wie Schafen, Gänsen oder Kühen zu kombinieren. Anstatt das Gras mit Kraftstoff zu mähen, wird es gefressen und organisch in Milch, Wolle, Fleisch und Leder umgewandelt.

Dies erfordert ein wenig spezielles Design, da der Betreiber sicherstellen muss, dass die Tiere nicht an Kabeln kauen oder die Module beschädigen. Insgesamt können die Tiere jedoch das Gras in jeder Ecke perfekt erreichen und gleichzeitig ein Einkommen aus dem Land erzielen, anstatt ein Gehalt für Wartungstechniker zu verlangen.

Als zusätzlicher Bonus bieten die Module den Tieren zudem Schutz vor Sonne und Regen.

Quelle: Rated Power

Unterstützung für Reben

Ein mögliches Design, das gerade erst erforscht wird, besteht darin, das Gestell der Solarmodule als Stützstruktur für Pflanzen wie Reben und Trauben zu nutzen.

Dies kann den Arbeitsaufwand für die Installation des Weinbergs reduzieren, da das Gestell der Solarmodule eine doppelte Funktion hat und sehr robust ist. Es bietet zudem denselben Nutzen hinsichtlich Schatten, reduziert den Bewässerungsbedarf usw.

Quelle: Vinetur

Derzeit ist ein solches „Vitivoltaik“ (Weinbau + Photovoltaik) noch eine relativ experimentelle Idee, insbesondere weil es den Geschmack des entstehenden Weins beeinflussen könnte. Und beim Weinbau dauert es viele Jahre, um die Vorteile und Grenzen vollständig zu beurteilen.

Dennoch gibt es zahlreiche laufende Tests mit vielversprechenden ersten Ergebnissen, zum Beispiel in Deutschland, Frankreich, Italien, und Spanien.

Vertikale bifaziale Module

Agrivoltaik könnte von Innovationen in der Solartechnologie profitieren. Eine davon sind bifaziale Module.

Sie sind so konzipiert, dass sie Licht sowohl von der Vorder- als auch von der Rückseite des Moduls erzeugen. Dies kann insgesamt ihren Energieertrag steigern.

Sie können auch neue Installationsarten ermöglichen, zum Beispiel die vertikale Anordnung der Module auf einer Ost‑West‑Achse.

Eine solche Installation kann viele Vorteile bieten:

• In vielen Klimazonen „sättigt“ die Mittagssonne die Fähigkeit des Moduls, Licht zu absorbieren, wodurch die Ausrichtung nach Süden weniger vorteilhaft wird.
• Bessere Luftzirkulation senkt die Temperatur des Moduls und reduziert Ertragsverluste durch Überhitzung.
• Die Module können reflektiertes Licht, zum Beispiel von verschneiten Feldern, absorbieren.
• Schnee bedeckt das Modul eher weniger.
• Die Ost‑West‑Achse maximiert die Produktion am Morgen und Abend, wenn der Energiebedarf am höchsten und die Solarproduktion „fehlt“.

Quelle: Wikipedia

Wenn sie in die Agrivoltaik integriert werden, könnten vertikal installierte bifaziale Module wesentlich einfacher in traditionelle Reihen von Nutzpflanzen eingebunden werden, ohne das Pflügen, Jäten und die Kultivierung durch große Traktoren zu behindern.

Schwimmende Solaranlagen

Schwimmende Solarfarmen werden als Alternative zu Land‑Solarfarmen diskutiert, da große Gewässer wie Teiche und Seen im Allgemeinen weniger wertvoll und produktiv sind als Ackerland.

Auch hier könnten Solarmodule mit Lebensmittelproduktion oder, genauer gesagt, Aquakultur kombiniert werden.

Quelle: Global Sea Food Alliance

In den meisten Aquakultursystemen werden die Fische mit Nahrung aus anderen Quellen gefüttert, sodass die Algenproduktion im Wasser (aus Sonnenlicht) nicht sehr wichtig oder sogar ein Netto‑Negativ ist.

Dies könnte dem Fischbetrieb zudem eine zweite Einnahmequelle bieten.

Nichts ist perfekt

Trotz seiner vielen Vorteile müssen Agrivoltaik‑Installationen einige Probleme bewältigen, die wahrscheinlich schwer zu lösen sind.

Komplexität

Weil sie 2 relativ komplexe Systeme zusammenführen, sind Agrivoltaik‑Designs schwieriger zu erstellen und umzusetzen:

• Es muss den richtigen Kompromiss zwischen dem von den Pflanzen benötigten Sonnenlicht und der dichtest möglichen Anordnung der Solarmodule finden.
• Es muss Platz für die Bewegung von landwirtschaftlichen Geräten lassen, die oft groß und schwer sind.
• Die Landwirte müssen über das Potenzial der Technologie aufgeklärt und bei der Umstellung der Felder auf Agrivoltaik‑Techniken begleitet werden.

Produktivitätsverlust

Trotz vieler potenzieller Synergien wird Agrivoltaik wahrscheinlich zu geringeren Erträgen der Farm und niedrigeren photovoltaischen Erträgen pro Quadratmeter führen.

Der Gesamtertrag könnte größer sein als bei derselben Fläche, die nur für eine Nutzung aufgeteilt wird.

Dennoch kann dies Probleme verursachen, wie die Erhöhung der Anschlusskosten des Moduls an eine größere Fläche oder die Begrenzung der Effizienz von Pestizid‑ und Düngemittelspritzungen.

Die zusätzliche Komplexität kann auch zu komplexeren Aufgaben führen, die zusätzliche Arbeitsstunden kosten und die Gesamteffizienz des Programms verringern.

Fazit

Agrivoltaik ist ein wahrscheinlicher Weg, den große Solarfarmen einschlagen werden, insbesondere in Regionen mit Ackerland, das für die Nahrungsmittelproduktion erhalten bleiben muss.

Es wird jedoch Zeit benötigen, da Experten das Design optimieren, Solarinstallateure schulen, Landwirte überzeugen und Finanzierungen bereitstellen müssen usw.

Das wahrscheinlichste Szenario ist die Adoption durch frühe Innovatoren, während lange Reihen erhöhter vertikaler bifazialer Module mit minimalem Aufwand in traditionelle Farmen integriert werden.

Langfristig könnte es zu einem viel häufigeren Anblick werden, insbesondere in Kombination mit einer Flotte kleiner Roboter.

Sie werden Strom aus diesen Modulen nutzen, um Pflanzen zu säen & zu überwachen, Unkraut mit Lasern zu bekämpfen, Früchte zu ernten usw.

Quelle: Advanced.farm

Investieren in Agrivoltaik

Agrivoltaik ist nach wie vor ein relativ neues Feld, wobei die meisten Solarfachleute erst beginnen, sein Potenzial zu nutzen.

Derzeit stehen Solarfarmen also hauptsächlich in Konkurrenz zur Landwirtschaft um Land. In Zukunft könnten jedoch die über 500 Millionen Landwirte der Welt der restlichen Weltbevölkerung nicht nur Nahrung, sondern auch Energie liefern.

Sie können in Solarunternehmen über zahlreiche Broker investieren, und hier auf securities.io finden Sie unsere Empfehlungen für die besten Broker in den USA, Kanada, Australien, dem Vereinigten Königreich sowie vielen anderen Ländern.

Wenn Sie nicht an einzelnen Solarunternehmen interessiert sind, können Sie auch ETFs wie den Global X Solar ETF (RAYS), den Invesco Solar ETF (TAN) oder den Global X China Clean Energy ETF (2809.HK) in Betracht ziehen, die eine diversifiziertere Beteiligung ermöglichen, um vom Solar‑ und Clean‑Energy‑Sektor zu profitieren.

Sie können auch unseren Artikel über die „Top 10 Solar‑Aktien zum Investieren“ lesen.

Solarunternehmen

1. Daqo New Energy Corp.

Dieses chinesische Unternehmen ist einer der weltweit führenden Hersteller von Polysilizium, dem zentralen Baustein für die Herstellung von Solarmodulen. Das macht Daqo zudem zu einer der Grundpfeiler von Chinas Dominanz im Solarmarkt.

Das Unternehmen hat seine Produktionskapazität seit 2019 sehr schnell ausgebaut, mehr als das 8‑fache.

Quelle: Daqo

Daqos Position im Zentrum der Solarmodul‑Lieferkette ermöglichte es, stark vom Wachstum des Sektors zu profitieren, wobei die Umsätze von 0,68 Mrd. $ im Jahr 2020 auf 4,6 Mrd. $ im Jahr 2022 gestiegen sind. Nach einem Anstieg im Jahr 2022 haben sich die Polysiliziumpreise abgekühlt, was den Aktienkurs vom Höchststand 2021 abstürzen ließ.

Die Kommunikation und Website des Unternehmens sind etwas dürftig, was jedoch für ein industrielles B2B‑Unternehmen nicht untypisch ist, das stärker auf sein Image innerhalb der Branche als auf die breite Öffentlichkeit oder ausländische Investoren fokussiert.

Die Aktie wird im Vergleich zu KGV oder Cashflow sehr günstig gehandelt. Dies liegt teilweise an Kontroversen, da das Unternehmen mit dem Einsatz von Zwangsarbeit in Xinjiang in Verbindung gebracht wird und in Washington DC über zusätzliche Sanktionen gegen Unternehmen, die in der Region tätig sind, diskutiert wird.

Investoren sollten sich bewusst sein, dass die Daqo‑Aktie ein sehr reales geopolitisches Risiko birgt, aber aufgrund ihrer niedrigen Bewertungskennzahlen ein großes finanzielles Aufwärtspotenzial bietet.

2. JinkoSolar Holding Co., Ltd.

Jinko ist einer der größten Solarmodulhersteller der Welt und hat seinen Hauptsitz größtenteils in China. Um Zölle zu vermeiden, diversifiziert das Unternehmen seine Produktionsstandorte, wobei Siliziumwafer in Vietnam und Solarzellen in Malaysia und den USA hergestellt werden.

Quelle: Jinko Solar

In jedem Fall ist das Unternehmen nicht stark von westlichen Märkten abhängig, da China, der asiatisch-pazifische Raum (APAC) und Schwellenmärkte den Großteil des Geschäfts ausmachen.

Quelle: Jinko Solar

Jinko hat in der Firmengeschichte 230 GW Solarzellen geliefert und im ersten Quartal 2024 20 GW, gegenüber 14,5 GW im Vorjahr.

Damit ist Jinko das Unternehmen Nr. 1 in der Photovoltaikbranche.

Jinkos fortschrittlichste Solarzelle, der N‑Typ erreicht eine bemerkenswert hohe Energieeffizienz von 25,8 %. Sie bietet zudem bifaziale Module.

Im Jahr 2023 machte der N‑Typ den größten Teil von Jinkos Verkäufen aus und stellte 80 % aller Lieferungen dar, wobei weitere Kapazitäten aus einer 56‑GW‑Produktionsanlage stammen, die bis Ende 2024 ihre volle Leistung erreichen soll, um bis Jahresende 90 % der Lieferungen auszumachen.

Die gesamte Produktionskapazität soll 120‑130 GW erreichen, also fast die Hälfte der kumulierten Produktion des Unternehmens in seiner gesamten Geschichte.

Um das Profil seiner Produkte zu ökologisieren, hat Jinko Solar zudem NeoGreen eingeführt, das erste N‑Typ‑Solarmodul, das vollständig mit erneuerbarer Energie hergestellt wird (statt des in China üblichen Kohleeinsatzes).

Jinkos ultraaggressives Wachstum der Produktionskapazität spiegelt das Vertrauen des Unternehmens in seine N‑Typ‑Technologie und den Ehrgeiz wider, die Exportmärkte in Asien, Afrika und Südamerika zu erobern. Und die allgemeine Aussicht, dass Solarenergie die Energiesysteme der Welt übernehmen wird.