RearCPVbif und Agrivoltaik: Halbtransparente Solarmodule aus Jaén teilen die Sonne

In Südspanien verändert ein neuer Typ Solarmodul leise die Spielregeln dafür, wer die Sonne nutzen darf.

Statt Landwirte vor die Entscheidung „Nahrungsmittel oder Strom“ zu stellen, berichten Forschende aus Jaén von einem Ansatz, bei dem sich das Sonnenlicht aufteilen lässt: Ihre Prototyp-Module liefern spürbare Mengen Elektrizität und lassen zugleich ausreichend Licht hindurch, damit Gemüse und Obstbäume gesund bleiben und weiter Ertrag bringen.

Wie Solarfelder mit Ackerflächen in Konflikt gerieten

Die europäische Energiewende prallt auf eine einfache Realität: Fläche ist begrenzt. Die Europäische Union strebt an, bis 2030 mindestens 30% der Energie aus erneuerbaren Quellen zu beziehen und bis 2050 klimaneutral zu werden. Freiflächen-Photovoltaik ist dafür ein zentrales Instrument – befeuert durch günstigere Module und eine starke Produktionsausweitung in China.

Mit der Grösse der Projekte wachsen jedoch auch die Konflikte vor Ort. Projektentwickler suchen ebene, sonnige Flächen. Landwirte betrachten dieselben Flächen als Grundlage ihrer Existenz. Und vielerorts regt sich Widerstand, wenn Solaranlagen Plantagen, Weiden oder Ackerland verdrängen. In einigen Regionen ist „Solar gegen Nahrung“ längst ein öffentliches Streitthema.

Genau diese Spannung hat der Agrivoltaik Auftrieb gegeben. Anstatt Betriebe zu verdrängen, werden Module höher montiert oder weiter auseinandergezogen, sodass Pflanzen, Nutztiere oder Bienenstöcke dieselbe Fläche mit der Photovoltaik teilen. Schattenverträgliche Kulturen profitieren teils von kühleren Mikroklimata und geringerer Verdunstung. Schafe können unter den Reihen weiden und den Bewuchs kurz halten; Imker nutzen Solarstandorte als Trachtflächen.

„Agrivoltaik versucht, einen Flächennutzungskonflikt in eine doppelte Ernte zu verwandeln: Kilowattstunden von oben, Kalorien von unten.“

Der eigentliche Knackpunkt entsteht, wenn Module direkt über den Kulturen liegen. Übliche, opake PV-Module schirmen den Grossteil des Lichts ab – das kann Wachstum bremsen, Pflanzenformen verändern oder Erträge senken. Halbtransparente Module gibt es zwar, doch häufig geht die zusätzliche Lichtdurchlässigkeit zulasten des Stromertrags, was weder Betrieben noch Investoren genügt.

Der Jaén-Ansatz für halbtransparente Solarmodule

Eine Forschungsgruppe der Universität Jaén in Südspanien stellt in einer aktuellen Veröffentlichung zur Agrivoltaik-Technologie ein neues Design vor. Das Konzept heisst RearCPVbif – eine Abkürzung für „rückseitig konzentrierende bifaziale Photovoltaik“. Der Name wirkt sperrig, das Prinzip ist klar: Pflanzen bekommen Licht, und zugleich wird ein Teil der Strahlung zurückgewonnen, die sonst ungenutzt bliebe.

Was RearCPVbif anders macht

• Es setzt auf bifaziale Solarzellen, die sowohl vorn als auch auf der Rückseite Strom erzeugen können.
• Auf der Rückseite sind optische Konzentratoren integriert, die reflektiertes und gestreutes Licht auf die Zellrückseite umlenken.
• Die optische Transparenz bleibt hoch, damit genug Licht bis zu den Kulturen unterhalb gelangt.

Viele halbtransparente PV-Ansätze (oft als STPV bezeichnet) erreichen Durchlässigkeit, indem sie aktives Material ausdünnen oder Abstand lassen. Dadurch kommt mehr Licht durch – gleichzeitig sinkt der elektrische Ertrag. Das Team aus Jaén wählt einen anderen Tausch: Die Transparenz bleibt, und zusätzlicher Strom stammt aus Licht, das hinter dem Modul „herumwandert“.

„Die Forschenden berichten von einem Transparenzfaktor von rund 60%, ein Wert, der für viele gartenbauliche Kulturen üblicherweise als akzeptabel gilt.“

Diese 60% sind nicht zufällig. Agronomische Untersuchungen deuten darauf hin, dass viele Gemüsearten Probleme bekommen, wenn die mittlere Lichtdurchlässigkeit deutlich unter diesen Bereich fällt. Oberhalb davon können manche Arten eine nahezu normale Photosynthese aufrechterhalten – vor allem dann, wenn Temperatur und Wasserversorgung gut gesteuert sind.

Zwei zentrale Lichtkennzahlen für Pflanzen und Strom

Ob ein Solarmodul über Kulturen sinnvoll ist, wird heute nicht mehr nur über die Nennleistung (Watt-Peak) beurteilt. Technik und Agronomie schauen zunehmend auf zwei Messgrössen:

• Mittlere sichtbare Transmission (AVT): Anteil des sichtbaren Lichts, der das Modul passiert.
• Mittlere photosynthetische Transmission (APT): Anteil der Wellenlängen, die Pflanzen tatsächlich für die Photosynthese nutzen und die bis zu den Blättern gelangen.

Das Team aus Jaén hat beide Kennzahlen berücksichtigt. Für die Pflanzen ist APT wichtiger als die gesamte eingestrahlte Energie: Entscheidend ist die photosynthetisch aktive Strahlung (PAR), grob im Bereich von 400–700 Nanometern. Sperrt ein Modul zu viel von diesem Band aus, sinken die Erträge – selbst wenn Infrarot- oder UV-Anteile weiterhin durchkommen.

Frühere Arbeiten zu Gewächshäusern und Schattierungsnetzen verorten eine grobe Untergrenze für komfortables Wachstum vieler Kulturen bei etwa 60% Transmission im PAR-Bereich, je nach Art. RearCPVbif wurde an diesem Richtwert ausgerichtet.

Parameter	Konventionelle opake PV	Typische halbtransparente PV	RearCPVbif-Konzept
Licht für die Kulturen	Niedrig (oft <20%)	Mittel (40–70%)	Zielwert etwa 60%
Stromertrag pro Fläche	Hoch	Mittel bis niedrig	Mittel, durch rückseitige Konzentratoren erhöht
Eignung für Kulturen	Eingeschränkt	Selektiv	Für ein breites Spektrum des Gartenbaus ausgelegt

Wo „transparente“ Photovoltaik heute steht

In der PV-Branche wird Transparenz im Wesentlichen über zwei Richtungen verfolgt.

• Nicht-selektive halbtransparente Module: Absorberschichten werden dünner ausgeführt oder mit mikroskopischen Öffnungen versehen. So steigt die Durchlässigkeit über das Spektrum hinweg, allerdings meist mit deutlichen Einbussen bei der elektrischen Effizienz.
• Wellenlängenselektive Module: Ziel ist, vor allem UV- sowie nahinfrarote Strahlung zu nutzen und sichtbares Licht weitgehend passieren zu lassen. Pflanzen erhalten damit einen grossen Teil des benötigten Lichts, während das Modul Bereiche erntet, die das menschliche Auge nicht wahrnimmt.

Das Design aus Jaén liegt nahe an der zweiten Gruppe, ergänzt jedoch die rückseitigen optischen Konzentratoren. Diese sollen Strahlen einfangen, die zunächst durch das Modul gehen, am Boden oder an Pflanzen reflektiert werden und dann auf die Modulrückseite treffen. Bifaziale Zellen können dieses reflektierte Licht in zusätzlichen Strom umsetzen.

„Statt nur um jedes Photon auf der Vorderseite zu kämpfen, erntet das System das Licht der zweiten Chance, das der Hof sonst schlicht zurück in den Himmel reflektiert hätte.“

Besonders gut lässt sich dieser Ansatz mit hellen, stark reflektierenden Böden oder hellen Mulchfolien kombinieren, weil dadurch mehr Licht für die Rückseite verfügbar wird.

Pflanzen kühl halten, während die Module Leistung bringen

Ein weiterer limitierender Faktor über Kulturen ist Wärme. Eine heisse Glasfläche kann warme Luft stauen und einen unerwünschten Gewächshauseffekt erzeugen. Gleichzeitig sinkt bei hohen Zelltemperaturen die elektrische Leistungsfähigkeit.

In der Studie aus Jaén wurde das thermische Verhalten beobachtet; die Zelltemperaturen blieben unter etwa 70 °C. Damit werden die stärksten Leistungseinbussen vermieden, und zugleich sinkt das Risiko, die Luftschicht direkt unter den Modulen zu stark aufzuheizen. Für landwirtschaftliche Betriebe kann das helfen, die Pflanzenentwicklung näher an den gewohnten Bedingungen zu halten, statt zusätzliche Stressreaktionen auszulösen.

• Kühlere Module liefern in Sommerhitze stabilere Erträge.
• Gemässigtere Lufttemperaturen senken bei empfindlichen Kulturen das Risiko von Blütenabwurf und Fruchtschäden.
• Nutztiere unter den Modulen sind einer geringeren Hitzelast ausgesetzt als unter blanken Metalldächern.

Was das für Landwirte und Projektentwickler bedeuten könnte

Sollten Systeme wie RearCPVbif marktreif werden, könnte sich der Blick von Solarentwicklern auf ländliche Flächen in sonnenreichen Regionen wie Andalusien, Kalifornien oder Süditalien verändern. Anstatt Kulturen zu verdrängen, wären langfristige Pachtmodelle denkbar, bei denen Landwirtschaft und Anlage parallel betrieben werden.

Aus Sicht der Betriebe könnte ein halbtransparentes „Dach“ zudem Klimarisiken abmildern. Teilschatten kann Hitzestress in immer häufigeren Hitzeperioden reduzieren. Module bremsen bodennah den Wind und verringern die Verdunstung. In Regionen mit knappen oder teuren Wasserressourcen kann das Erträge stabilisieren.

„Statt Pacht für verlorene Felder zu zahlen, könnten Landwirte zwei Einkommen aus demselben Hektar erzielen: eines aus der Ernte, eines aus Strom.“

Wie gut das in der Praxis funktioniert, hängt von Kulturwahl und Auslegung ab. Blattgemüse, Beeren und bestimmte Kräuter kommen mit gefiltertem Licht oft gut zurecht. Getreide und stark sonnenliebende Obstbäume benötigen möglicherweise grössere Reihenabstände oder höhere Unterkonstruktionen, um Ertragseinbussen zu vermeiden.

Fragen, die noch offen sind

Wie bei vielen Labor- und Konzeptansätzen gibt es Hürden, bevor solche Agrivoltaik-Module über Tomatenreihen oder jungen Olivenpflanzen alltäglich werden.

• Kosten der Optik: Rückseitige Konzentratoren und bifaziale Zellen erhöhen die Komplexität. Hersteller müssen zeigen, dass zusätzliche Kilowattstunden die höheren Material- und Fertigungskosten ausgleichen.
• Dauerhaltbarkeit: Optische Bauteile müssen über Jahrzehnte Staub, Feuchtigkeit, Hagel und Reinigung im landwirtschaftlichen Betrieb aushalten.
• Wartungszugang: Betriebe brauchen Platz für Traktoren, Erntetechnik und Bewässerung, was die Layout-Planung der Anlagen bestimmt.
• Regulierung: Planungsrecht und Agrarsubventionen in Europa und anderswo behandeln Flächen häufig noch als „entweder Anbau oder Solar“ – nicht als beides zugleich.

So lässt sich Agrivoltaik-Potenzial auf einem echten Betrieb bewerten

Für Eigentümer, die solche Systeme künftig in Betracht ziehen, können schon heute einige einfache Prüfungen die Richtung vorgeben – auch wenn diese konkrete Technologie noch nicht vollständig kommerzialisiert ist.

• Mittlere Sonneneinstrahlung und Temperatur über die Vegetationsperiode erfassen.
• Prüfen, welche Kulturen auf dem Betrieb Teilschatten oder kühlere Überdachungen tolerieren.
• Verschiedene Moduldichten modellieren, mit dem Ziel von mindestens 60% photosynthetischer Transmission dort, wo hohe Erträge am wichtigsten sind.
• Wassereinsparungen durch geringere Verdunstung simulieren und gegen erwartete Ertragsänderungen abgleichen.

Einfache Simulationen legen nahe: An heissen, sehr sonnigen Standorten kann ein moderater Rückgang des direkten Lichts teilweise durch weniger Hitzestress und geringeren Wasserbedarf kompensiert werden – besonders im hochwertigen Gartenbau. In Kombination mit verlässlichen Stromerlösen verschiebt sich damit auch die Wirtschaftlichkeit von Grenz- oder Dürreflächen.

Für Energieplaner erweitert Agrivoltaik nach Jaén-Art den Kreis möglicher Standorte. Parkplätze und Dächer bleiben wichtig. Halbtransparente, bifaziale Anlagen über Kulturen ermöglichen jedoch zusätzlichen PV-Zubau innerhalb bestehender Agrarräume, statt Betriebe zu verdrängen oder auf weniger geeignete Flächen auszuweichen. In Regionen, die zugleich unter Klimadruck und ambitionierten Energiezielen stehen, könnte dieses „geteilte Sonnenlicht“ schrittweise vom Pilotversuch zu einer regulären Option in der Planung ländlicher Infrastruktur werden.

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