ZONNEPANELEN VOOR PERENBOMEN

ONDERZOEK IN DE KIJKER

Hoe combineer je de productie van voedsel en energie op eenzelfde site? Dat is het domein van ‘Agrivoltaics’ of het gebruik van landbouwgrond om op dezelfde plaats zowel gewassen te telen als zonne-energie op te wekken. Brecht Willockx, doctoraatsstudent Elektrische energiesystemen en –toepassingen op de Technologiecampus Gent presenteerde er een paper over tijdens de European PV Solar Energy Conference 2020 in Lissabon en won de Best Student Award.

EU PVSEC behoort tot de meest prestigieuze conferenties over fotovoltaïsche zonnecellen. Voor de 37ste (online) editie in september 2020 werden meer dan 1000 abstracts ingestuurd. Daaruit selecteerde het wetenschappelijk comité 17 inzendingen van internationale doctoraatsstudenten voor de Best Student Award. Brechts technisch-economische studie van agrovoltaïsche systemen werd tot winnaar uitgeroepen ‘in recognition of the most remarkable and outstanding research work in the field of PV’.

Brecht studeerde in 2017 af als industrieel ingenieur Energie aan Technologiecampus Gent. Na een bijkomende opleiding tot burgerlijk ingenieur vervoegde hij de onderzoeksgroep Energie en Automatisering van prof. Jan Cappelle als PhD-student. De start van een nieuw Vlaams VLAIO TETRA-project over Agrivoltaics (i.s.m. de Faculteit Bio-ingenieurswetenschappen van KU Leuven en het Innovatiesteunpunt van de Boerenbond) bood hem een unieke kans om dit in Vlaanderen nog onontgonnen terrein te verkennen.

Brecht Willockx

©Filip Van Loock

Hernieuwbare energie

“De term ‘Agrivoltaics’ dook in 2011 voor het eerst op in een wetenschappelijke publicatie, maar was in Duitsland al langer gekend”, vertelt Brecht. “Aan de oorsprong ligt een almaar groter wordende behoefte aan hernieuwbare energie. Zonnepanelen op daken zijn inmiddels wijd verspreid, maar het landbouwareaal blijft voor het opwekken van groene energie nauwelijks benut. Nochtans zou men door doordachte combinatie van zonnepanelen en gewassen op akkers of plantages het land dubbel kunnen gebruiken. Op die manier kan de landbouwer naast voedselproducent ook energieproducent worden voor de lokale gemeenschap.”

In het eerdergenoemde TETRA-project onderzoeken prof. Cappelle en zijn team of en hoe agrivoltaïsche systemen geïntegreerd kunnen worden in onze Vlaamse landbouw. Wat is de impact op de gewasopbrengst en de gewaskwaliteit? Wat is het hernieuwbare energiepotentieel van agrivoltaïsche systemen in Vlaanderen? Hoe moeten de zonnepanelen op de percelen geplaatst worden om economische rendabel te zijn: welke hoogtes, vaste of draaibare opstellingen, welke type panelen? Op basis van de vier proefvelden uit het project wordt een simulatietool gevalideerd die de impact op de gewassen en de energieopbrengst van verschillende configuraties kan berekenen.

Aardappelen en peren

Na een geslaagde oogst van aardappelen onder een zonnedak in een eerder experiment, richten de onderzoekers hun aandacht op andere teelten. “Afhankelijk van het gewas is een andere configuratie van zonnepanelen vereist”, zegt Brecht. “Een installatie boven een aardappelveld verplaats je niet zomaar naar een aardbeienplantage of een boomgaard. Bovendien leent niet elke gewas er zich toe. De uitdaging bestaat erin dat er naast het opwekken van energie nog voldoende licht over moet zijn voor de planten. Voor elk gewas is dat zoeken naar een optimaal evenwicht”.

Binnen het TETRA-project concentreert Brecht zich op de ‘ideale’ configuratie voor laagstammige perenbomen. “Peren zijn erg gevoelig voor hagel en hevige neerslag en kunnen dus best een dak boven het hoofd gebruiken. Die constructie moet evenwel aan een reeks voorwaarden voldoen. Zo moeten de palen voldoende ver uit elkaar staan om landbouwvoertuigen door te laten. Uiteraard moet de installatie ook wind- en stormbestendig zijn. En -last but not least- moet ze op de juiste manier de juiste hoeveelheid licht doorlaten”.

Pilootopstelling

Om de perfecte constructie te simuleren ontwikkelden Brecht en zijn collega’s een computermodel dat kan berekenen waar de palen moeten staan en hoe hoog en onder welke hoek de panelen best opgesteld worden.

Bij een fruitteler in Bierbeek is een pilootinstallatie gebouwd om de tool uit te testen. Brecht geeft er de volgende beschrijving van: “Het dak rust op palen van 4,6 m hoogte en is uitgerust met speciaal ontworpen zonnecellen met een transparante achterkant en een efficiëntie van 21%. Ze zijn opgesteld in modules die zodanig geconfigureerd kunnen worden dat ze voor een homogene verdeling van het binnenkomende licht zorgen. Elke module bestaat uit 36 cellen die opgedeeld zijn in vier rijen van negen cellen. Dat resulteert in een transparantiegraad van 40% en een output van 185W per module. De modules zelf liggen in drie rijen en zijn goed voor een totale output van 13.3 kW.”

De oogst van de eerste zonne-peren was alvast een meevaller en stemt volgens Brecht hoopvol. “De fruitteler is alvast overtuigd van de voordelen ervan, niet alleen voor zijn opbrengst, maar eveneens voor zijn elektriciteitsrekening. Hij oogst nu ook energie die hij zelf kan gebruiken of te gelde maken op het net. Bovendien kunnen we op termijn de rendabiliteit nog beduidend verhogen. We kunnen het systeem bijvoorbeeld dynamisch maken, zodat de panelen meedraaien met de zon. Of zonnepanelen gebruiken die zonlicht en water omzetten in waterstof, dat gebruikt kan worden voor de opslag van zonne-energie, de aandrijving van landbouwvoertuigen of de productie van kunstmest. We staan nog maar aan het begin van een ontwikkeling die kan bijdragen tot het duurzaam maken van de hele landbouwsector”.

Yves Persoons