Agrivoltaics: ontwerp van proefopstellingen in Vlaanderen

In het Europese Horizon project HyPErFarm onderzoeken we onder meer of agrivoltaics voor nieuwe inkomsten voor landbouwers kan zorgen, welke teelten in aanmerking komen en wat het brede publiek denkt van deze nieuwe toepassing. Hiervoor werden in Vlaanderen proefopstellingen in Bierbeek, Grembergen en Lovenjoel ontworpen en gebouwd. Nauwkeurige berekeningen zijn hiervoor nodig. Je moet niet alleen een juist evenwicht vinden tussen een rendabele oogst en opgewekte stroom, ook de lichtinval, vochtigheid en temperatuur moeten continu gemonitord worden.

Proefopstelling in Bierbeek (perenboomgaard)

In Bierbeek onderzoeken we de mogelijkheden bij een bestaande perenboomgaard. Deze boomgaard had al een hoge houten hagelbeschermingsconstructie (met kristalnetten) om grote oogstverliezen door stormschade te voorkomen. De boomgaard bevindt zich dicht tegen de koelloods met een grote elektrische energievraag  en in de buurt van een bestaand elektrisch middenspanningsbord.

Door de panelen te bevestigen aan de bestaande hagelbeschermingsconstructie was de impact van de agrivoltaics opstelling op de ruimtelijke ordening miniem. Bovendien werd zo ook meteen rekening gehouden met de minimale hoogte voor de spuitboom. De panelen liggen recht boven elke rij perenbomen om de bescherming tegen storm en hagel te behouden. Om de windlasten te beperken, kozen we voor een dakjesvorm van 12°, maar extra houten staanders en grondankers met staaldraad waren nodig om een stabiele constructie te bekomen. Het gebruik van klassieke panelen zou zorgen voor een optimale energieproductie per landoppervlakte, maar ook te veel licht wegnemen voor een goede perengroei. Door gebruik te maken van een eigen ontworpen lichtberekeningspakket kwamen we uit bij panelen waarbij de zonnecellen in de panelen wat verder uit elkaar liggen (met een transparantiegraad van 40%).

In totaal plaatsten we 3 rijen van 20 m lang, goed voor een totaal vermogen van 13,32 kWp (ongeveer 660kWp/ha). De stroom (met een gesimuleerde opbrengst van 11.320 kWh) kan ogenblikkelijk gebruikt worden door de koelinstallatie, wat de rendabiliteit van de installatie ten goede komt. Sinds de bouw in 2020 onderzoeken we of de zonnepanelen effect hebben op de perenopbrengst (zowel kwantitatief als kwalitatief). We gaan na in welke mate de panelen warmte vast houden in de lente, of de panelen zonnebrand beperken in hete zomers of de oogst afschermen voor hagelbuien. We vergelijken de agrivoltaics peren hiervoor met een referentievlak in de boomgaard waar kristalnetten boven zijn geplaatst.

Na het eerste teeltseizoen blijkt dat er minder opbrengst is van de peren en ook dat er minder energie geproduceerd is dan wanneer er klassieke zonnepanelen zouden zijn geplaatst. Maar wanneer we het totale plaatje bekijken, is de agrivoltaics opstelling 23% efficiënter dan de gescheiden productie van peren en energie.

Proefopstelling in Grembergen (akkerbouw)

De tweede pilootsite ligt in Grembergen, bij een landbouwbedrijf dat akkerbouwgewassen in een rotatiesysteem teelt. Omdat de site nabij een woonwijk ligt, kozen we hier voor een lage structuur. De oriëntatie van de opstelling kozen we in functie van de lengterichting van het veld. De afstand tussen twee structuren werd bepaald op 9 meter (breedte van de machine + een halve meter speling langs elke zijde). Hierdoor heeft de installatie in Grembergen een lage bodembedekkingsgraad (19%) en een eerder bescheiden vermogendichtheid (400kWp/ha).

Op deze site vergelijken we twee alternatieven:

• Een vaste opstelling van 3 rijen met verticale bifaciale panelen (tweezijdige panelen die langs beide kanten licht opvangen, dus zowel het rechtstreekse zonlicht als de reflectie van dat licht op de grond): de panelen staan opgesteld in een verticale positie ongeveer 1 meter boven het maaiveld zodat de gewassen de panelen niet beschaduwen. De steunpalen werden ongeveer 2 meter diep geheid om de zijdelingse windlasten op te vangen. De oost/west georiënteerde bifaciale panelen zetten gereflecteerd, diffuus en direct licht langs beide zijden om in elektriciteit. Door de oost-west oriëntatie levert de installatie  productiepieken ‘s morgens en ’s avonds. Dit productieprofiel is gunstig voor het verbruik van het woonhuis bij het landbouwbedrijf. 

• Op hetzelfde veld hebben we ook 3 rijen met een dynamisch 1-assig bifaciaal systeem gebouwd. Tijdens het groeiseizoen wordt (tijdens de belangrijkste momenten in de ontwikkeling van de plant) het systeem zo gestuurd om zoveel mogelijk licht door te laten, ten koste van de energieopbrengst. Buiten het teeltseizoen, of in situaties waar de plant schaduw nodig heeft, volgt het systeem de zon en wordt de energieopbrengst gemaximaliseerd. 
   

Proefopstelling in Lovenjoel (akkerbouw)

Tenslotte bestuderen we een akkerbouwsysteem in Lovenjoel op een terrein van de KU Leuven (TRANSfarm). In tegenstelling tot de site in Grembergen hebben we hier een hoge constructie op 5 meter gebouwd. De machines rijden onder deze constructie door waardoor we voor de afstand tussen de staanders 12 meter en 9 meter hebben gekozen. Dit zijn veelvouden van de machinebreedte (4 meter) met een speling van een halve meter langs elke zijde.

Om de omvang van de staalconstructie te beperken, is ook hier de keuze gemaakt om de panelen in dakjesvorm van 12° te plaatsen. Toch is de nodige hoeveelheid staal en bijhorende kost nog aanzienlijk groter dan een lage constructie waar machines tussen rijden. Deze opstelling biedt wel een grotere flexibiliteit en een groter vermogen per ha. Het is mogelijk om de panelen dichter of verder tegen elkaar te plaatsen (450-1500kWp/ha), onafhankelijk van de machines.

Zo kunnen we per seizoen de bodembedekkingsgraad, en dus het lichtniveau voor de plant, tegenover de energieopbrengst per ha afwegen. Met name in een teeltrotatie waar niet elk jaar hetzelfde gewas wordt aangebouwd, is een jaarlijkse aanpassing van de bodembedekkingsgraad wenselijk. Op dit proefveld vergelijken we verscheidene gewassen met de standaard kweekcondities in normale landbouwomstandigheden. Het veld wordt voor het eerst in dienst genomen in de lente van 2022.

De verschillende proefopstellingen zullen de volgende jaren continu worden gemonitord: zowel de groei en vooruitgang van de gewassen, als de opbrengst en het gebruik van de energieproductie. Wordt vervolgd dus!