Sinds vorig jaar wordt in het project Agrivoltaics uitgetest of Belgische boeren hun gewassen kunnen kweken onder zonnepanelen. Na de oogst van de eerste ‘zonne-aardappelen’ lijkt de technologie hoopgevend. Er zijn echter nog wel wat uitdagingen.
Door zonnepanelen te installeren op landbouwgebied, met name boven akkers, zou men voedselproductie perfect kunnen combineren met de productie van zonne-energie via zonnepanelen.
België voorzien van groene stroom, dat kan via windenergie, maar ook via zonne-energie. Er wordt ook steeds meer belang gehecht aan hernieuwbare energie. Volgens netbeheerder Elia is de productie van hernieuwbare energie in 2019 gestegen met 17% ten opzichte van 2018. In 2019 werd er 3,5 TWh geproduceerd, wat goed is voor 4,2% van de totale energieproductie. Om te vergelijken: 9,5% kwam van windenergie, en 48,8% kwam van nucleaire energie.
Omdat de vraag naar energie nog zal stijgen, maar de kerncentrales definitief zullen sluiten in 2025, moet er dringend werk gemaakt worden van het opkrikken van de hernieuwbare energieproductie in België. Van zonne-energie wordt veel verwacht, en daar wordt dan ook op ingezet. Een relatief nieuwe manier om zonne-energie te produceren, is door middel van agrivoltaics.
Agrivoltaics in Vlaanderen?
Met agrivoltaics hoopt men uiteindelijk te kunnen voldoen aan de energievraag. Door zonnepanelen te installeren op landbouwgebied, met name boven akkers, zou men voedselproductie perfect kunnen combineren met de productie van zonne-energie via zonnepanelen. Via het Tetra-project willen onderzoekers van KU Leuven in samenwerking met het Innovatiesteunpunt van Boerenbond, onderzoeken wat het potentieel is van agrivoltaics in Vlaanderen. Dat project startte in oktober 2019, en eindigt in september 2021. Vorig jaar werden de eerste aardappelen alvast met succes geoogst. “Dat was een kleinschalig studentenproject om te zien of het werkt”, vertelt professor en bio-ingenieur Bram Van de Poel van de afdeling Plantenbiotechniek (Departement Biosystemen) van de KU Leuven.
Samen met de onderzoeksgroep Energie en Automatisering (departement Elektrotechniek) van professor Jan Cappelle wil men onderzoeken hoe de techniek het best kan geïntegreerd worden in onze huidige landbouw. “Wat doet het met de gewasopbrengst? Hoeveel energie kunnen we opwekken? Hoe moeten we de zonnepanelen plaatsen, afhankelijk van het perceel, de oriëntatie, de teelten, enzovoort. En wat is het meest praktische voor de landbouwer? Dat zijn enkele vragen waarop we een antwoord willen vinden. Met al die info willen we tools ontwikkelen waarmee we in staat zijn om op voorhand te beslissen hoe een constructie met zonnepanelen eruit moet zien. Zo kunnen we de landbouwer adviseren en kan die beslissen of die de investering wil doen of niet”, geeft Van de Poel aan. “Er zijn heel wat uitdagingen, naar constructie, naar teelt, maar ook naar wetgeving.”
4 grote pilootopstellingen
Om te weten hoe agrovoltaics kan worden toegepast in Vlaanderen, moet het worden onderzocht op akkerbouwpercelen. Daarom werd gestart met de bouw van 4 pilootopstellingen op verschillende locaties in Vlaanderen: op de proefboerderij TRANSfarm van KU Leuven, aan het Proefcentrum Pamel, bij fruitteler Van Der Velpen en bij het gemengd landbouwbedrijf Verberckmoes. “Na het bouwverlof zouden de eerste 2 velden klaar moeten zijn”, vertelt Van de Poel.
Heijen van palen voor de agrivoltaics constructie in de boomgaard van Jan Van Der Velpen.
Een ontwerp van de agrivoltaics constructie op TRANSfarm
Op die velden willen de onderzoekers verschillende configuraties/opstellingen voor de zonnepaneelvelden bekijken. Zo kunnen de onderzoekers kennis opdoen over welke configuratie het meest geschikt is voor een bepaalde teelt. Afhankelijk van de teelt is immers een andere configuratie nodig. “Een zonnepanelenveld boven een aardappelveld is anders dan boven een boomgaard of slaveld. De uitdaging is dat je naast het opwekken van energie, voldoende licht voor planten moet voorzien voor een optimale groei. We zoeken naar een goed evenwicht tussen de 2.”
Niet bij elk gewas
Niet elk gewas is geschikt voor teelt onder zonnepanelen. Er zijn gewassen die heel veel licht nodig hebben, zoals maïs, en waarboven een ‘zonnepanelendak’ dus minder interessant is. Bij gewassen die wat schaduwtoleranter zijn, en waarbij fel zonlicht niet echt wenselijk is, kan het wel. “Bijvoorbeeld bepaalde slasoorten en bladgroente kunnen tegen wat minder licht”, aldus Van de Poel. Het is ook zeker niet de bedoeling al de percelen te bedekken met zonnepanelen: “We denken aan een bezettingsgraad van 20 à 30%, zodat er nog voldoende licht kan worden doorgelaten voor de gewassen.” Het rendement van de gewassen lijdt er alvast niet te hard onder, volgens de onderzoeker: “De eerste internationale studies tonen aan dat je nog hoge rendementen kan halen met zonnepanelen boven het gewas. Niet alle teelten halen even hoge opbrengsten in vergelijking met een veld zonder zonnepanelen, maar de meeste teelten halen tussen 80 à 90% van de normale opbrengst, wat aanvaardbaar is. Dit hangt wel af van het gewas.”
Of we dan nog maïs kunnen zetten in de vruchtwisseling, is nog maar de vraag. “Zonnepanelen weghalen wordt heel moeilijk. De eerste studies in Duitsland toonden aan dat teeltrotatie lukt, maar een doordachte keuze van teelten is nodig als je voor zonnepanelen kiest.”
Bescherming tegen warmte
Zonnepanelen kunnen gewassen ook heel wat extra voordelen bieden. Ze kunnen bij een periode met te veel licht en te lang warm en droog weer de gewassen beschaduwen, waardoor ze die droogteperiode beter kunnen doorkomen. Met de klimaatopwarming in het achterhoofd, lijken de onderzoekers met agrovoltaics dan ook de juiste weg te bewandelen. “Zeker in de fruitteelt kunnen ze de planten beschermen tegen UV-straling, hagel en hevige neerslag. Dat zijn positieve randeffecten.”
Hoewel agrivoltaics een Belgisch project is, zien de onderzoekers het project veel breder. “Ook in het zuiden zien we mogelijkheden, in een andere landbouwcontext. Als je meer naar droge gebieden gaat, kunnen de planten ook beschermd worden tegen de zon en droogte door middel van de zonnepanelen. Maar dan moet de bezettingsgraad veel hoger zijn, en is een andere configuratie aan de orde.”
Weerbestendig en praktisch maken
Een grote uitdaging ligt wel nog bij het praktijkgedeelte. Landbouwvoertuigen zouden nog met gemak over de percelen moeten rijden. Van de Poel: “De palen van de constructie moeten bijvoorbeeld ver genoeg uit elkaar staan en de zonnepanelen hoog genoeg, zodat grote landbouwvoertuigen zonder hindernissen op het veld kunnen. Er is met andere woorden een robuuste constructie nodig op de akker. We onderzoeken samen met de collega's van bouwkunde aan KU Leuven hoe fijn en minimalistisch we de constructie kunnen maken zodat ze niet invasief is voor de bodem, maar toch sterk genoeg is om de windbelasting te kunnen dragen. Dat is de grootste bezorgdheid: dat als het stormt, ze niet gaan vliegen.”
Om de perfecte constructie te simuleren, ontwikkelen de onderzoekers computermodellen die berekenen waar de palen moeten staan, hoe hoog de panelen moeten staan, onder welke hoek de panelen moeten staan voor een goede energieproductie, enzovoort. “Bovendien onderzoeken we ook of zonnepanelen die mee roteren met de zonnebeweging nuttig kunnen zijn: de zonnepanelen kunnen zich dan zodanig oriënteren dat ze ofwel maximaal direct zonlicht opvangen voor energieproductie of net doorlaten voor biomassa productie. We willen ook kunnen modelleren hoeveel biomassa de planten aanmaken als ze een bepaalde hoeveelheid licht krijgen. We ontwikkelen daarom licht- en instralingsmodellen, die we met de andere bouwkundige en plant computermodellen willen combineren om de meeste optimale configuratie te simuleren.”
Transparante zonnepanelen?
Technologie evolueert snel, maar onderzoeker Van de Poel geeft aan dat technologie rond zonnepanelen klaar is voor de markt. “De zonnepanelen nu zijn van zeer goede kwaliteit, en door de massaproductie zijn ze vrij goedkoop. Dat maakt agrivoltaics mogelijk voor de landbouwer”, aldus de onderzoeker. Toch zijn er steeds nieuwe ontwikkelingen. Zo wordt er gewerkt aan een transparant zonnepaneel.
“Die kan je dan perfect integreren in een ruit of ander glaswerk. Op die manier kan je gebouwen energie laten opwekken. In de landbouw denk ik dan aan serres. De technologie staat echter nog niet op punt. Hier staat de industrie nog in de beginfase.”
Klimaatdoelstelling van 2030 haalbaar maken
Agrivoltaics is een nieuwe discipline in de landbouw, maar dus zeker met potentieel. “Het past in het kader van verduurzaming”, legt Van de Poel uit. “Het zou nuttig zijn voor veel landbouwbedrijven om wat extra zonnepanelen te leggen, aangezien ze op sommige momenten een grote stroomvraag hebben, bijvoorbeeld voor koelcellen.” En door energie te ‘oogsten’, zou de landbouwer bovendien ook een extra inkomen kunnen genereren, eventueel via energiecoöperaties. Ten slotte geeft Innovatiesteunpunt aan dat ook nieuwe panelen, ontwikkeld aan de KU Leuven (professor Johan Martens), die zonlicht en water omzetten in waterstof, gebruikt kunnen worden: “Zo kan op een landbouwbedrijf ook waterstof geoogst worden voor seizoensopslag van zonne-energie, voor de aandrijving van de landbouwvoertuigen of bijv. voor de aanmaak van kunstmest.”
Agrivoltaics maken het misschien ook mogelijk om de klimaatdoelstellingen van 2030 te halen, in tegenstelling tot die van 2020. “We moeten extra oppervlakte aanboren en dan is landbouw een sector die heel veel oppervlakte in haar bezit heeft”, geeft Van de Poel mee. Inderdaad, Het Vlaamse Gewest telde in 2019 bijna 622.000 hectare landbouwareaal, wat overeen komt met 46% van de totale Vlaamse grondoppervlakte. “Als we slechts 1% van al het landbouwoppervlak zouden gebruiken voor agrivoltaics, hebben we genoeg energie opgewekt om de hele landbouwsector te verduurzamen.”
Wat met windmolens?
Hoewel er sterk gefocust wordt op zonnepanelen, zijn bepaalde windmolens qua energieproductie wel efficiënter. “Ik denk niet dat het een het ander moet uitsluiten. Er mogen zeker veel windmolens bijkomen, maar ook zeker veel zonnepanelen. Als beide aan populariteit winnen en nieuwe toepassingen vinden, dan gaat dat enkel ten goede komen van de duurzame opwekking van stroom. Of nu zal blijken of windmolens de overhand zullen nemen op zonnepanelen, dat zal de toekomst uitwijzen.”
