Photovoltaik-Freiflächenanlagen

Photovoltaik-Freiflächenanlagen (PV-FFA) nehmen, anders als PV-Dachanlagen, zusätzliche Freiflächen in Anspruch. Die pro Megawatt benötigte Fläche geht allerdings stetig zurück. Wurden im Jahr 2006 noch rund 4 ha/MW (Hektar pro Megawatt installierter Leistung) benötigt, waren es 2024 unter 1 ha/MW. Dies hängt vor allem mit der kontinuierlichen Leistungssteigerung der Module, geringeren Reihenabständen und insgesamt größeren Anlagen zusammen. Dadurch kann auf einer gegebenen Fläche heute deutlich mehr Solarstrom gewonnen werden.

Ende 2024 waren in Deutschland auf etwa 45.000 ha PV-FFA installiert. Davon entfallen ca. 15.200 ha (34 %) auf Ackerflächen und 12.200 ha auf sogenannte Konversionsflächen (z. B. alte Militärflächen oder Deponien). Hinzu kommen rund 5.090 ha auf Randstreifen an Verkehrswegen, welche teilweise ebenfalls den Ackerflächen zuzuordnen sind und ca. 2.360 ha auf Grünland. Der Anteil von PV-FFA an der gesamten Fläche des Bundesgebiets betrug Ende 2024 ca. 0,1 %. Auch wenn dieser Anteil gering ist, ist es grundsätzlich wünschenswert, auch weiterhin einen möglichst großen Anteil der benötigten Photovoltaikanlagen auf Dächern zu installieren, um die zusätzliche Flächeninanspruchnahme gering zu halten.

Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) 2023 gibt bis 2030 ein Ausbauziel von 215 Gigawatt (GW) für die Photovoltaik vor. Im Vergleich zum Ausbaustand Ende 2024 soll sich die installierte Leistung in den folgenden sechs Jahren ungefähr verdoppeln. Nimmt man an, dass die Hälfte des PV-Ausbaus auf Gebäuden erfolgt und die andere Hälfte auf Freiflächen, würden bei einem Flächenbedarf von ca. 1 ha/MW für neuere PV-FFA bis Ende 2030 zusätzlich zu den bereits vorhandenen Anlagen rund 50.000 ha an weiterer Fläche benötigt. Die in Anspruch genommene Fläche stiege dadurch bis Ende 2030 insgesamt auf ca. 96.000 ha bis 109.000 ha und im Jahr 2040 auf knapp 150.000 ha bis 195.000 ha an. Die niedrigeren Werte ergeben sich bei flächeneffizienten konventionellen PV-FFA, die höheren bei mehr Anlagen mit höherem Flächenbedarf (z.B. Agri-PV). Dies entspräche langfristig bis zu 0,5 % der Bundesfläche.

Aktuell befinden sich etwa 50 % der PV-FFA auf Landwirtschaftsflächen. Bezieht man die bis 2040 benötigte Gesamtfläche ausschließlich auf landwirtschaftlich genutzte Flächen (Gesamtfläche: rund 16,7 Mio. ha) ergäbe sich ein Anteil von maximal 1 % welcher für PV-FFA benötigt wird. Im Vergleich dazu werden momentan fast 14 % der landwirtschaftlich genutzten Flächen für den Anbau von Energiepflanzen zur Erzeugung biomassebasierter Energie genutzt (siehe unten).

Laut der Studie „Photovoltaik-Freiflächenanlagen in Deutschland“ übersteigt das Flächenpotential in Deutschland den Flächenbedarf deutlich, der für den vorgegebenen PV-Zubau bis 2040 erforderlich ist. Der Ausbau könnte vollständig auf vorbelasteten Flächen (z. B. Parkplätze, Randstreifen an Verkehrswegen, Gewerbegebiete) erfolgen.

Nach Berechnungen des UBA umfassen alleine die privilegierten 200 m-Randstreifen entlang von Autobahnen und bestimmten Schienenwegen, nach Abzug von verschiedenen Ausschlussgebieten (z.B. Schutzgebiete, Gewässer, Wald, Siedlungen und Straßen) und ohne die Beachtung weiterer Restriktionen, eine Fläche von rund 930.000 ha.

Seit dem EEG 2004 wird der Zubau von Photovoltaikanlagen auf Freiflächen durch das EEG räumlich gesteuert. Zu Freiflächenanlagen gehört laut EEG jede Solaranlage, die nicht auf, an oder in einem Gebäude oder einer sonstigen baulichen Anlage angebracht ist. Die geförderten Flächenkategorien änderten sich mit verschiedenen Novellen des EEG. Das EEG 2023 fördert gemäß § 37 die Errichtung von PV-FFA insbesondere:

• auf Flächen im Bereich von bestimmten Bebauungsplänen;
• auf Flächen innerhalb eines 500 Meter-Streifens entlang von Autobahnen und bestimmten Schienenwegen,
• auf Acker- und Grünlandflächen, außer auf Moorböden oder in bestimmten Schutzkategorien (z.B. natura-2000-Gebiet, Naturschutzgebiet, Nationalpark, gesetzlich geschützte Biotope) in sogenannten benachteiligten Gebieten,
• auf Moorböden, die dauerhaft wiedervernässt werden (Moor-PV)
• auf Konversionsflächen,
• auf Parkplatzflächen,
• auf künstlichen oder erheblich veränderten Gewässern im Sinne von § 3 Nummer 4 und 5 des Wasserhaushaltsgesetzes (Floating-PV).

Infolge der niedrigen Modulpreise können sich inzwischen PV-FFA auch ohne EEG-Förderung rechnen. Die Betreiber dieser sogenannten PPA-Anlagen (Power Purchase Agreement) verkaufen ihren Strom direkt an Stromversorger, Direktvermarkter oder Unternehmen und sind nicht an die im EEG genannte Förderkulisse und -bedingungen gebunden. Daher stehen ihnen grundsätzlich alle Flächen offen. Sie müssen jedoch genauso wie geförderte PV-FFA ein baurechtliches Genehmigungsverfahren durchlaufen.
Da der Strom geförderter und ungeförderter Photovoltaikanlagen nicht unbegrenzt im Strommarkt gewinnbringend integriert werden kann, sind der photovoltaischen Stromerzeugung jedoch auch ökonomische Grenzen gesetzt, die einem unbegrenzten Anstieg der Flächeninanspruchnahme durch PV-FFA entgegenstehen.

Aus diesen Gründen ist davon auszugehen, dass nur ein relativ geringer Teil der potenziell nutzbaren Flächen tatsächlich für den Bau von PV-Anlagen genutzt wird.

Neben den konventionellen PV-FFA werden entsprechend § 37 EEG (2023) verschiedene „besondere Solaranlagen“ gefördert, bei denen die Stromerzeugung mit einer parallelen Nutzung derselben Fläche verknüpft wird:

Agri-PV auf Acker-, Dauerkultur-, mehrjährigen Kultur- und Grünlandflächen, die kein Moorboden sind. Voraussetzung für diese Förderkategorie ist, dass die Flächen weiterhin überwiegend landwirtschaftlich bewirtschaftet werden und sie die Anforderungen erfüllen, die in Festlegungen der Bundesnetzagentur nach § 85c EEG 2023 an sie gestellt werden. Dazu zählen bestimmte naturschutzrelevante Vorgaben. Bei dieser multifunktionalen Flächennutzung kann - durch erhöhte Aufständerung mit darunter liegender Nutzung oder vertikaler Montage der Module und Nutzung der Zwischenräume - dieselbe Fläche sowohl für die Stromerzeugung als auch für einen landwirtschaftlichen Anbau genutzt werden. Dabei bleibt der Nutzpflanzenanbau die Hauptnutzung, während begleitend Solarstrom erzeugt wird.

Parkplatz-PV oberhalb von Parkplatzflächen. Hier wird eine Parkplatzfläche parallel mit hoch aufgeständerten Solarmodulen genutzt.

Moor-PV sind Solaranlagen, die auf entwässerten Moorböden aufgeständert werden und bei denen gleichzeitig das Moor wiedervernässt und renaturiert wird. Für die Förderung dieser Anlagen sind bestimmte naturschutzrelevante Anforderungen an die jeweiligen Installationsorte und an Errichtungs- und Betriebsweise zu erfüllen, z. B. zu Mindestwasserständen. So sollen devastierte Moorböden renaturiert und eine schonende Errichtung und Betriebsweise von Solaranlagen auf diesen Böden sichergestellt werden.

Floating-PV auf künstlichen oder erheblich veränderten Gewässern im Sinn des Wasserhaushaltsgesetzes. Diese Anlagen dürfen maximal 15 % der Wasserfläche mit Solarmodulen belegen und müssen einen Uferabstand von 40 Metern einhalten.

Bei Agri-PV-Anlagen können gleichzeitig Feldfrüchte und Strom geerntet werden.

Die Solarmodule schützen zusätzlich noch die Weinpflanzen vor Starkregen und Hagel.

Source: Marina Lohrbach / Adobe Stock

Freifläche ist nur begrenzt verfügbar. Ihre Nutzung sollte daher effektiv und unter Berücksichtigung der unterschiedlichen, an sie gestellten Ansprüche erfolgen. In einem Forschungsprojekt im Auftrag des Umweltbundesamtes wurden Kriterien für eine umweltverträgliche Standortsteuerung für den weiteren Ausbau der Solarenergie herausgearbeitet: PV-FFA sollten vorrangig außerhalb von ökologisch hochwertigen oder geschützten Flächen und stattdessen auf versiegelten (z. B. Parkplätze) oder vorbelasteten Flächen (z. B. Altlastenstandorte, Deponien, Halden, stillgelegte Tagebau- oder Konversionsflächen, Seitenflächen von Autobahnen) ohne besondere ökologische Funktion errichtet werden. Zur Sicherung der Nahrungsmittelproduktion sollten auch Ackerflächen mit hoher Bodengüte i.d.R. nicht mit PV-FFA überständert werden. Damit Fläche möglichst effizient genutzt wird, sollte weniger Anbaubiomasse energetisch genutzt, mehr Strom durch PV-FFA erzeugt und Agri-PV als sinnvolle, flächeneffiziente Hybridnutzung vorangebracht werden.

PV-FFA können die Fläche, in Abhängigkeit von deren Ausgangszustand, ökologisch aufwerten. Eine entsprechende Ausgestaltung der Anlage und des Pflegemanagements kann aus artenarmem Acker- oder Intensivgrünland artenreiches Grünland entwickeln und so zu einer höheren Biodiversität beitragen. Zudem kann sich der Boden erholen, wenn die Fläche aus der intensiven ackerbaulichen Bewirtschaftung herausgenommen wird und Biozid- und Nährstoffeinträge sinken. Bei ökologisch hochwertigen Ausgangsflächen kann es jedoch (z. B. durch eine dichte Modulstellung oder intensive Bewirtschaftung) zu einer Verschlechterung des ökologischen Wertes der Fläche und zu einer Artenverarmung kommen.

Daher ist vor Installation einer PV-FFA eine Prüfung des jeweiligen Standortes erforderlich. Die Flächen sollten nach den o. g. Kriterien ausgewählt werden. Bei der Errichtung und dem Betrieb der Anlagen ist darauf zu achten, die Beeinträchtigungen des Naturhaushaltes und der ökologisch wertvollen Arten so gering wie möglich zu halten. Genauere Vorgaben zur Eingriffsminimierung (Modulabstände, Biozidverzicht, extensive Bewirtschaftung, etc.) oder zu erforderlichen Ausgleichsmaßnahmen können durch Fördervorgaben bzw. durch Auflagen in der Bauleitplanung sichergestellt werden.

Vergleicht man erneuerbare Energiequellen, ist die jeweilige Flächeninanspruchnahme ein wichtiges Kriterium. Denn insbesondere fruchtbare Böden sind zunehmend knappe Ressourcen, mit denen sorgsam umzugehen ist. Verschiedene Studien wie die „Langfristszenarien und Strategien für den Ausbau der erneuerbaren Energien“ haben gezeigt, dass der flächenbezogene Stromertrag aus Photovoltaik um ein Vielfaches höher ist als die ⁠Stromerzeugung aus Anbaubiomasse wie Mais oder Raps. Eigenen Berechnungen des Umweltbundesamtes zufolge kann pro Hektar im Jahr rund 40-mal mehr Strom durch neue Photovoltaikanlagen erzeugt werden (ca. 800 MWh) als beispielsweise durch Biogasanlagen, die mit Mais beschickt werden (im Mittel 20 MWh). Auch wenn für Photovoltaik zum Ausgleich der fluktuierenden Stromerzeugung Speicherverluste berücksichtigt werden, bleibt die Flächeneffizienz der Stromerzeugung aus Anbaubiomasse um ein Vielfaches geringer als aus Photovoltaik. Um die gleiche Menge Strom aus Photovoltaik zu erzeugen, ist also nur ein Bruchteil der zur Bioenergieerzeugung benötigten Fläche nötig. So könnte der Nutzungsdruck auf landwirtschaftliche Flächen verringert werden und Flächen für andere Nutzungen, zum Beispiel für eine umweltverträgliche Nahrungsmittelproduktion oder für Naturschutzmaßnahmen, freigestellt werden. Zudem ist auf PV-Freiflächen der Eintrag von Bioziden und Dünger deutlich geringer als beim Anbau der meisten Energiepflanzen. Die insgesamt deutlich geringeren negativen Umweltwirkungen der PV-FFA sind ein Grund dafür, dass das Umweltbundesamt von der Förderung der energetischen Nutzung von Anbaubiomasse abrät. Stattdessen sollte der Ausbau der flächeneffizienteren erneuerbaren Energien wie Photovoltaik weiter vorangebracht werden

Anders als Energiepflanzen kann Solarenergie auch auf bebauten oder unfruchtbaren Böden erzeugt werden. Weiterhin können vorbelastete Standorte, die für eine Nahrungsmittelerzeugung nicht geeignet sind, genutzt werden. Um Flächen optimal zu nutzen und fruchtbare oder ökologisch wertvolle Flächen zu schonen, sollten Solaranlagen daher vorzugsweise auf bebauten, versiegelten, vorbelasteten oder ökologisch und ökonomisch weniger wertvollen Bereichen installiert werden.

Freiflächen-Photovoltaik-Module können auch über Parkplätzen installiert werden.

Sie produzieren Strom und schützen zusätzlich die Autos vor Unwetter und Hagel sowie Hitze im Sommer oder Schnee im Winter.

Source: Henk Vrieselaar / Adobe Stock