Agrivoltaics: blauw-groen toekomstmodel

Agrivoltaics is een blauw-groen sprankeltje hoop in een tijd van klimaatverandering. De term verwijst naar het gelijktijdige gebruik van land voor enerzijds landbouwproductie en anderzijds de opwekking van elektriciteit uit fotovoltaïsche zonnepanelen. Tot nu toe waren landbouwgrond en Zonnestroomsystemen op de grond meestal gescheiden van elkaar. Wie beide vormen van landgebruik echter op een doeltreffende manier combineert, kan profiteren van positieve effecten.

Eén en één is soms wel eens drie: dankzij agrivoltaïsche systemen kan land op een bijzonder efficiënte manier worden benut

Prof. Dr. Kerstin Wydra van de Universiteit van Toegepaste Wetenschappen in Erfurt doet onderzoek naar Agri-PV-systemen. Het dubbele gebruik van landbouwgrond voor voedsel en zonne-energie levert een belangrijke bijdrage aan de strijd tegen de opwarming van de aarde en het veiligstellen van de voedselvoorziening.
Foto: Thüringer Erneuerbare Energien Netzwerk (ThEEN) e.V.

Laten we ten eerste aannemen dat de montage van de PV-panelen maximaal 15% van een agrivoltaïsche oppervlakte in beslag neemt, of dat het daar te schaduwrijk is voor gewassen. Ten tweede dat de elektriciteitsopbrengst ongeveer 20% lager zal zijn door de grotere afstand tussen de rijen in vergelijking met een traditioneel PV-systeem op de grond. Hierdoor krijgen we 85% plus 80%, of dus een productiviteit van 165% in totaal. Het uiterst efficiënte gebruik van grond is het belangrijkste argument ten gunste van agrivoltaïsche energie.

Overal ter wereld kampen landbouwers met extreme weersomstandigheden zoals zware regenval, temperatuurstijgingen en hagelbuien. “In die gevallen kunnen we een PV-systeem zelfs gebruiken om de gewassen te beschermen”, aldus Dr. Kerstin Wydra, professor Plantproductie en Klimaatverandering aan de Universiteit van Toegepaste Wetenschappen in Erfurt. “Agrivoltaics biedt dus een enorme kans als strategie om de landbouw aan te passen aan de extreme weersomstandigheden die zich nu al voordoen en die zich in de toekomst waarschijnlijk nog zullen herhalen. Uiteindelijk heeft het hele verhaal een effect op de bodem en de biodiversiteit.”

In een studie onderzochten zij en collega’s het potentieel van agrivoltaics voor de Duitse deelstaat Thüringen. Op basis van die studie concludeerden ze dat “het dubbele gebruik van landbouwgrond voor voedsel en zonne-energie een belangrijke bijdrage kan leveren aan het stoppen van de opwarming van onze planeet en het veiligstellen van de voedselvoorziening.”

Biodiversiteit op zonne-energie

Onderzoeksprojecten zoals het modulair boogsysteem laten zien dat agrivoltaics nu ook in de industrie ernstig wordt genomen als toekomstperspectief.
Bron: GOLDBECK SOLAR GmbH

Conventionele zonnestroomsystemen op de grond worden het best geplaatst op bodems van lage kwaliteit, verharde oppervlakken of moeilijk toegankelijke oppervlakken. Het belangrijkste waarmee men bij de opstelling van de modules rekening moet houden, is een optimale oriëntatie ten opzichte van de zon. Bij agrivoltaics kan het PV-systeem gebaseerd zijn op het gewas en er heel anders uitzien, legt Dr. Kerstin Wydra uit.

De mogelijke toepassingen zijn even uitgebreid als de gebruikte technologie. Zonnestroomsystemen zijn beschikbaar als starre structuren die naar de zon zijn gericht of die verticaal opgesteld staan (zoals bij zonnegevels), in de vorm van flexibele dunnefilm-PV-modules of organische PV-cellen, in min of meer transparante ontwerpen en als volgsystemen die automatisch de positie van de zon volgen.

In een appelboomgaard bijvoorbeeld, waar al vele jaren bomen staan, is een vaste overkapping op drie meter hoogte een goede oplossing. Op een pluimveebedrijf, waar PV-modules bedoeld zijn om de dieren te beschermen tegen de zon en roofvogels, mogen ze slechts op taillehoogte worden gemonteerd.

In kassen waarin gewassen worden gekweekt, kan de conventionele glasstructuur geheel of gedeeltelijk door fotovoltaïsche elementen worden vervangen. Hetzelfde geldt voor hagelnetten en platen voor de groente- en fruitteelt.

Verticale PV-elementen tussen rijen of als begrenzing van gewassen of weilanden zijn meestal bifaciaal, wat betekent dat ze zonlicht van beide kanten absorberen en zo op verschillende momenten van de dag zonne-energie leveren.

Regelbare panelen zijn ideaal om het vermogen en de opbrengst van de gewassen te optimaliseren. Als de appels een paar dagen zon nodig hebben om rood te worden, kunnen de overkappingen worden weggeklapt. En het is dan niet eens zo’n grote stap naar slimme zonneteelt, waar de zonnepanelen zich met behulp van meteorologische gegevens van het internet aan naderende hagelbuien aanpassen.

Aardappelen onder de collector

Als grazende dieren onder de modules grazen, kan het zinvol zijn om binnen het PV-veld kleinere rotatieweiden uit te zetten.
Foto: Colorado Agrivoltaic Learning Center

Al in 1981 stond in het vakblad Sonnenstrom een artikel over ‘Aardappelen onder de collector’. Het artikel was geschreven door de oprichter van het Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE), dat sinds 2014 onderzoek doet naar de haalbaarheid van agrivoltaics in verschillende studies en proefprojecten in het Rijnland, maar ook in Algerije, Chili en Mali.

Toen de kosten van PV-modules enkele jaren geleden begonnen te dalen, ontstond meer ruimte om ‘gekke’ ideeën uit te proberen, aldus Sophia Judith Bächle van Fraunhofer ISE. En natuurlijk heeft ook de politieke wil om dergelijke projecten te bevorderen, eraan bijgedragen dat het scenario van agrivoltaics eindelijk werkelijkheid wordt.

Daniel Rosende Völker, Managing Director van Latijns-Amerika voor SMA AG, ziet een groeiende trend. “Onze klanten zijn steeds meer geïnteresseerd in grond die voor meerdere doeleinden kan worden gebruikt. Dat is een belangrijke benadering. De energietransitie kan immers slechts slagen als we over grote oppervlakken beschikken om hernieuwbare energie op te wekken. En als we die oppervlakken op verschillende manieren kunnen gebruiken, zijn we op de goede weg.”

Byron Kominek, operator van Jack’s Solar Garden, combineert onderzoek en gemeenschapsprojecten in zijn agrivoltaïsche installatie.
Afbeelding: Werner Slocum, NREL

Pionier in agrivoltaics

Toen het verbouwen van hooi- en voedergewassen niet langer voldoende was om het voortbestaan van de boerderij van opa Jack in Boulder County, Colorado, veilig te stellen, ging kleinzoon Byron Kominek op zoek naar een nieuwe bron van inkomsten. Zo ontstond in 2019 Jack’s Solar Garden, een samenwerkingsproject met onderzoekers van het United States Department of Energy (DOE), het National Renewable Energy Laboratory (NREL), de Colorado State University en de University of Arizona.

Intussen is Jack’s Solar Garden niet alleen uitgegroeid tot de grootste onderzoeksfaciliteit voor agrivoltaics in de Verenigde Staten, maar is het ook een gemeenschapsproject. Een deel van de elektriciteit die er wordt opgewekt, is bedoeld voor huishoudens met een laag inkomen. De National Audubon Society, een milieuorganisatie, plant haar grootste beschermingszone voor bestuivers rond het zonnestroomsysteem. En het Agrivoltaic Learning Center onderwijst studenten, burgers en politieke besluitvormers over het tweeledige gebruik van land voor de productie van zowel schone energie als regionaal voedsel.

Lees meer over de visie van Byron in Sonnenallee.

Wereldwijde opmars

Het zal wellicht nog even duren voordat kwekerijen, wijngaarden en aardappelvelden met voldoende PV-panelen zijn bedekt. Landen waar de gevolgen van de klimaatverandering al duidelijk voelbaar zijn en waar politici andere prioriteiten stellen, staan op dat vlak al verder. “China heeft de grootste installatiecapaciteit, met 12 gigawatt nominaal vermogen. Wereldwijd gaat het om 14 gigawatt”, verklaart Dr. Kerstin Wydra in dat verband. In Japan, waar landbouwgrond schaars is, zijn er sinds 2013 overheidssteunmaatregelen van kracht en zijn er nu ongeveer 2.000 agrivoltaïsche systemen op velden waar 120 verschillende gewassen, zoals bessen, granen, paddenstoelen, thee, koffie, groenten en kruiden met succes worden geteeld.

Daniel Rosende Völker is onder de indruk. “In principe is het potentieel voor agrivoltaics enorm in Latijns-Amerika en in elke andere regio met een relevante landbouwsector. Er bestaan intussen duidelijke technische oplossingen voor de uitdagingen van de industrie die nu ook commercieel aantrekkelijk zijn.”

Momenteel overheersen onderzoeks- en proefinstallaties in Centraal-Europa, maar commerciële exploitatie wordt steeds realistischer. En de droogte die in de zomer van 2022 enorme schade aanrichtte, maakt van agrivoltaics een aantrekkelijke optie voor landbouwbedrijven die de gevolgen van de klimaatverandering willen tegengaan.

Wilt u een PV-systeem op landbouwgrond installeren? Met onze planningstool Sunny Design krijgt u gratis zicht op uw opties.

Ontdek Sunny Design