Der globale Wandel hin zu erneuerbaren Energien ist von entscheidender Bedeutung, um den Klimawandel zu bekämpfen und langfristige ökologische Stabilität zu gewährleisten. In diesem Kontext spielt die Nutzung landwirtschaftlicher Flächen für die Installation von Solar-Photovoltaik-Anlagen – ein Konzept, das als Agrisolar bezeichnet wird – eine immer wichtigere Rolle. Agrisolar beschreibt die gleichzeitige Nutzung von landwirtschaftlichen Flächen zur Lebensmittelproduktion und zur Erzeugung von Solarenergie. Diese Ko-Lokation wirft vielfältige Fragen auf, insbesondere bezüglich der Auswirkungen auf das Nahrungsmittel-Energie-Wasser (FEW) Nexus sowie auf die wirtschaftliche Sicherheit der Landwirte. Die enge Verzahnung von Ernährung, Energie und Wasser steht für die komplexen Wechselwirkungen dieser Ressourcen, die überaus kritisch für Nachhaltigkeit und Resilienz ganzer Gesellschaften sind.
Eine umfassende Untersuchung im kalifornischen Central Valley – einer der produktivsten und zugleich wasserstressgeplagtesten Agrarregionen weltweit – zeigt wichtige Erkenntnisse. Dort wurden über 900 Solar-Anlagen auf knapp 4.000 Hektar ehemaliger landwirtschaftlicher Flächen zwischen 2008 und 2018 erfasst. Die Studienergebnisse offenbaren, wie der Ausbau von Agrisolar zu einem spürbaren Rückgang der Nahrungsmittelproduktion führt, sich aber gleichzeitig positiv auf Wasserressourcen und finanzielle Stabilität der Landwirte auswirkt. Die Herausforderung der Flächenkonkurrenz ist hier zentral.
Obwohl Solarenergie eine energieintensive Alternative zur Landwirtschaft darstellt, verdrängt der Ausbau von Solarparks auf ehemaligen Feldern konventionelle Nahrungsmittelanbauflächen. Dies führt zu einem rückläufigen Angebot bestimmter Kulturen, insbesondere bei Getreide, Obst und Gemüse. Die summierte Kalorienreduktion entspricht dabei dem Bedarf von etwa 86.000 Menschen über 25 Jahre. Auf erste Blick wirkt dies als bedeutender Kompromiss inmitten wachsender globaler Ernährungsanforderungen.
Doch betrachtet man den Marktmechanismus, ergeben sich Entlastungen, denn Preisanpassungen in betroffenen Regionen können Produktion an anderen Standorten stimulieren. Zudem ersetzt die Energieerzeugung durch Solar-PV, die auf einer geringeren Flächennutzung im Vergleich zu Bioenergie basiert, energieintensivere und wasserzehrendere Anbauformen. Besonders betroffen von der Flächenumwidmung sind jedoch Spezialkulturen mit hohem Wasserbedarf und langer Anbauzeit, wie Mandeln oder Pfirsiche, die für Kalifornien eine große wirtschaftliche Bedeutung besitzen. Deren Verlagerung ist aufgrund klima- und wasserbedingter Einschränkungen nur begrenzt möglich, was potenziell zu Preisvolatilitäten und Versorgungseinschränkungen führen kann. Daher bedarf es gezielter Strategien und regional abgestimmter Planungen, um das Gleichgewicht zwischen Energiegewinnung und Ernährungssicherung zu wahren.
Die Aggregation der Wasserressourcenresultate verdeutlicht den ökologischen Mehrwert von Agrisolar, insbesondere in wasserarmen Gebieten. Rund 74 Prozent der umgewidmeten Flächen waren zuvor bewässert, wodurch Einsparungen von bis zu 6.000 Kubikmeter Wasser pro Hektar und Jahr realisiert werden können. Diese Wassermenge entspricht dem Bedarf von Millionen von Menschen und könnte ebenso für die nachhaltigere Bewässerung verbleibender Nutzflächen verwendet werden. Wassereffizienz wird somit zu einem entscheidenden Hebel zum Schutz landwirtschaftlicher Produktivität bei gleichzeitigem Klimaschutzdruck.
Die wirtschaftlichen Aspekte für Landwirte sind ebenfalls deutlich. Bei gewerblichen Photovoltaikanlagen, die häufig kleinere Flächen betreffen, übersteigen die Einnahmen aus Net Energy Metering (NEM), also dem Verkauf und der Einspeisung von Strom ins Netz, die durch den Wegfall der Nahrungsmittelerlöse entstandenen Verluste um ein Vielfaches. Die Amortisationszeiten für die Investitionen in Solaranlagen liegen durchschnittlich bei knapp fünf Jahren. Für größere, oft von Energieversorgern betriebenen Solarparks erfolgt die Kompensation durch Landpachtverträge und zusätzlich durch Einsparungen von Betriebskosten sowie Wasser- und Energiekosten. Obwohl die Erträge in diesem Bereich geringer ausfallen, schaffen sie dennoch ein finanziell stabileres Fundament für Landwirte, die mit den Herausforderungen von Dürre und Preisschwankungen umgehen müssen.
Weiterhin zeigt die Studie einen Trend zur sogenannten Solar-Freilandforschung, eine Form der gezielten und kombinierten Bewirtschaftung angrenzender Flächen unter Berücksichtigung solarer Landnutzung. So werden Flächen neben Solarparks nach deren Installation bewusst fallow gelegt, um Wasser zu sparen und gleichzeitig von den Einnahmen aus der Energieerzeugung zu profitieren. Diese Doppelstrategie könnte zukünftig eine wichtige Rolle bei der Bewältigung klimabedingter Wasserengpässe spielen. Wichtig ist, zu verstehen, dass das Konzept Agrisolar in seinen Ausprägungen vielfältig ist. Die sogenannte Agrivoltaik beschreibt beispielsweise eine vertikale und räumliche Integration von Solarmodulen und Ackerkulturen, die durch geschickte Anordnung und Betriebsführung Ertragsverluste deutlich minimiert oder sogar positive Synergien erzeugt.
Alternativ kann Agrisolar auch in der Form der Ko-Lokation verstanden werden, bei der landwirtschaftliche Flächen teilweise oder vollständig für Solarenergie genutzt werden, ohne landwirtschaftliche Produktion darunter zu kombinieren. Obwohl die hier untersuchte, hauptsächlich adjacent agrisolar genannte Form mit der völligen Aufgabe der landwirtschaftlichen Nutzung einhergeht, bietet sie bislang den größten Beitrag zur schnell wachsenden Solarflächennutzung, insbesondere in Kalifornien. Dennoch ist die Förderung von Agrivoltaik und multifunktionalen Landnutzungssystemen ein bedeutender Forschungs- und Politikschwerpunkt, da sie die Nahrungsmittelproduktion erhält und gleichzeitig erneuerbare Energien fördert. Die Wechselwirkungen im FEW-Nexus zeigen, wie tiefgreifend vernetzt Landwirtschaft, Energieerzeugung und Wasserverbrauch sind. Veränderungen auf einem Feldweg müssen stets in ihrem regionalen und globalen Kontext bewertet werden, um elterliche Versorgungssicherheit, ökologische Nachhaltigkeit und ökonomische Tragfähigkeit sicherzustellen.
Dabei sind nicht nur lokale Bedingungen wie Bodenqualität, Wasserverfügbarkeit und Marktstrukturen maßgeblich, sondern auch politische Rahmenbedingungen und Förderprogramme wie Net Metering oder Wasserbewirtschaftungsgesetze. Dieses Spannungsfeld spiegelt sich auch in der sehr dynamischen Gesetzgebung und Förderung von Solarenergieprojekten wider. Der Übergang von NEM 1.0 zu 2.0 und bald 3.
0 verändert die wirtschaftliche Attraktivität für Landwirte, welche direkt in die Renditefragen von agrisolar investierten Projekten eingreift. Künftig sind technische Ergänzungen wie Energiespeicher und die kluge Organisation von Energieströmen notwendig, um wirtschaftliche Vorteile aufrechtzuerhalten und das Energiesystem zu stabilisieren. Die unternehmerische Entscheidung, Flächen von der Agrarproduktion auf Solarenergieerzeugung umzustellen, bringt also Vorteile und Risiken mit sich. Die aktuelle Forschung legt nahe, dass gerade in Wassermangelgebieten wie Kalifornien und vergleichbaren Regionen weltweit eine Umverteilung der Ressourcen hin zu agrisolar genutzten Flächen positive Effekte auf Wasser- und Energieverbrauch leisten kann, wenn auch zulasten der lokalen Nahrungsmittelproduktion. Die Herausforderung besteht darin, diesen Wandel fair, effizient und nachhaltig zu gestalten, sodass die Versorgungssicherheit langfristig gewährleistet bleibt.
Zukünftige Forschungsarbeiten sollten sich daher verstärkt mit den biologischen, klimatischen und sozioökonomischen Auswirkungen verschiedener agrisolarer Praktiken auseinandersetzen. Insbesondere die Wirkung agrivoltaischer Systeme auf Mikroklima, Bodenfruchtbarkeit und Biodiversität sowie die Akzeptanz in der Bevölkerung und bei Landbesitzern bedarf weiterer Untersuchungen. Zudem gilt es, umfassende Methoden für die Standortauswahl und landwirtschaftliche Anpassungen zu entwickeln, die lokale Bedingungen optimal berücksichtigen. Politische Maßnahmen können durch maßgeschneiderte Förderprogramme, technische Beratung und Vertragsmodelle Landwirte dabei unterstützen, agrisolare Praktiken umzusetzen und gleichzeitig eine ausgewogene Balance im FEW-Nexus herzustellen. Solche Strategien sind nicht nur für Kalifornien relevant, sondern bieten weltweit Potenziale für Regionen mit hohen Wasserdefiziten und großem Energiebedarf.
Zusammenfassend zeigt die Integration von Photovoltaik-Anlagen auf landwirtschaftlichen Flächen wichtige Möglichkeiten auf, um den Übergang zu sauberer Energie zu beschleunigen, Wasserressourcen effizienter zu nutzen und wirtschaftliche Perspektiven für Landwirte zu verbessern. Das Agrisolar-Konzept ist somit ein Schlüsselinstrument innerhalb eines integrativen Ansatzes zur nachhaltigen Land- und Ressourcenbewirtschaftung, das ökonomische Sicherheit mit ökologischer Verantwortung verbindet und eine wesentliche Rolle in der zukünftigen Gestaltung des Lebensmittel-Energie-Wasser-Nexus spielt.
