Mehrjährige Studie zum Maisanbau unter erhöhtem, nachführendem Agrivoltaik-System und vereinfachte Ertragsmodellierung

Nahrung anbauen und Sonnenenergie gleichzeitig ernten

Agrarflächen stehen unter doppeltem Druck: Sie müssen eine wachsende Bevölkerung ernähren und zugleich Platz für Solarmodule bieten, die unsere Häuser, Fahrzeuge und Industrien mit Energie versorgen. Diese Studie untersucht, ob einer der weltweit wichtigsten Nutzpflanzen – Mais – gut unter erhöhten Solarmodulen gedeihen kann, sodass Landwirtinnen und Landwirte auf demselben Feld sowohl Getreide als auch Strom erwirtschaften können.

Warum Ackerbau und Solarenergie um Fläche konkurrieren

Mit steigendem Weltbevölkerungswachstum und einer sich erwärmenden Klimazone stehen Landwirtinnen und Landwirte unter dem Druck häufiger Hitzewellen, verschobener Jahreszeiten und unsicherer Niederschläge. Gleichzeitig steigt der Bedarf, rasch mehr saubere Energie, insbesondere Solarstrom, zu installieren, um Treibhausgasemissionen zu reduzieren. Flache, offene Ackerflächen sind oft der praktischste Standort für großflächige Solaranlagen, doch eine vollständige Abdeckung von Feldern mit Paneelen würde die Anbaufläche verringern. Agrivoltaische Systeme bieten einen Kompromiss: Solarmodule werden hoch genug montiert, damit Pflanzen oder Weidevieh darunter gedeihen können, sodass dieselbe Fläche zwei Nutzungen erfüllt.

Mais unter bewegtem Schatten testen

Die Forschenden führten ein mehrjähriges Experiment auf einem Versuchsbetrieb in Indiana im Herzen des US-amerikanischen „Corn Belt“ durch. Sie installierten hohe, einachsige nachführende Solarmodule über Teilen eines Maisfelds. Manche Bereiche lagen direkt unter durchgehenden Reihen von Paneelen, andere unter einem Schachbrettmuster, das mehr Licht durchließ, und der Rest des Feldes diente als unbeschattete Kontrolle. Die Paneele erzeugten tagsüber ein wechselndes Mosaik aus Licht und Schatten, das sich mit dem Sonnenstand und dem Wachstum der Maispflanzen veränderte. Über vier Vegetationsperioden hinweg erfasste das Team sorgfältig Pflanzenentwicklung, Pflanzenhöhe, Körnerertrag sowie detaillierte Wetter- und Bodenfeuchtedaten.

Wie Schatten Pflanzenwachstum und Ertrag veränderte

Mais unter den Paneelen reifte etwas später als der unbeschattete Mais, typischerweise um ein bis drei Tage. Pflanzen in den beschatteten Bereichen waren im Durchschnitt etwas kürzer – um einige Zentimeter – blieben jedoch gesund. Am wichtigsten für Landwirtinnen und Landwirte: Der unter 20–25 % Beschattung geerntete Korn war nur moderat geringer als in den vollsonnigen Parzellen. Über die vier Jahre betrug der durchschnittliche Ertragsrückgang in dem am stärksten beschatteten Bereich nur 7,7 %. In manchen Jahren war der Unterschied größer, in anderen sehr gering, was natürliche jahreszeitliche Schwankungen im Wetter widerspiegelt. Interessanterweise erzielten in mehreren Jahren die Zonen mit konstanterer Beschattung leicht bessere Erträge als die geringfügig beschatteten Bereiche, was darauf hindeutet, dass eine leichte Kühlung und Feuchtigkeitskonservierung durch Schatten den Sonnenlichtverlust teilweise ausgleichen kann.

Eine einfache Verknüpfung von Licht, Wasser und Ertrag

Um Planerinnen und Planern praktische Hilfe zu geben, wollten die Forschenden mehr als rohe Messdaten: Sie entwickelten eine einfache Faustregel, die Wetterbedingungen mit dem erwarteten Maisertrag unter Agrivoltaik-Systemen verknüpft. Statt sehr komplexer Pflanzenmodelle mit vielen Eingangsgrößen kombinierten sie nur zwei zentrale Einflüsse – das auf das Feld treffende Sonnenlicht und die Bodenfeuchte – zu einer einzigen „gemeinsamen“ Variable. Anhand von Feldmessungen und Computersimulationen, wie sich Schatten über das Maisdach bewegten, berechneten sie für viele Punkte im Feld, wie viel kombiniertes Licht‑und‑Wasser‑„Ressourcen“ die Pflanzen über die Saison erfuhren. Dieser kombinierte Indikator zeigte eine mäßige Korrelation mit den tatsächlichen Körnererträgen und konnte einen erheblichen Teil der Variation zwischen Punkten und Jahren erklären, obwohl viele feinere biologische Details unberücksichtigt blieben.

Mehr aus jedem Acker machen

Indem sie den leichten Rückgang des Maisertrags mit dem erheblichen Gewinn an Stromproduktion durch die Paneele verglichen, schätzte die Studie einen Landnutzungs-Effizienzfaktor, die sogenannte Landäquivalenzrate, von durchschnittlich etwa 1,37. Einfach ausgedrückt erzeugte dieselbe Fläche die äquivalente von 37 % mehr kombinierter „Produktion“, als wenn sie nur für Mais oder nur für Solar genutzt worden wäre. Dieses Ergebnis legt nahe, dass Mais mit durchdachtem Design – ausreichende Modulhöhe, Abstände, die landwirtschaftliche Maschinen zulassen, und Berücksichtigung des lokalen Klimas – ein praktikabler Kandidat für Agrivoltaiksysteme sein kann. Während das Modell in anderen Regionen und unter Bewässerung oder für andere Kulturen noch getestet werden muss, ist die Kernbotschaft zugänglich: Wir müssen nicht immer zwischen Nahrungsmitteln und sauberer Energie wählen. Mit erhöhten Solaranlagen können Landwirtinnen und Landwirte auf denselben Flächen robuste Maisernten erzielen und gleichzeitig bedeutende erneuerbare Energie erzeugen.

Zitation: Sanchez, G., Agrawal, R., Brouder, S. et al. Multi-year study of maize under elevated tracking agrivoltaic system and simplified yield modeling. npj Sustain. Agric. 4, 25 (2026). https://doi.org/10.1038/s44264-026-00141-0

Schlüsselwörter: Agrivoltaik, Mais, Solarenergie, Landnutzung, Ernteertrag