Zonlicht efficiënter inzetten voor coproductie van voedsel en energie
De onderzoekers, Matteo Camporese en Majdi Abou Najm, stelden dat het tijd was om licht en zonnestraling niet langer te zien als slechts randvoorwaarden voor de monoculturele productie van voedsel óf energie. Met het oog op de groeiende bevolking - en daarmee de groeiende behoefte aan voedsel en energie - moeten ze juist beschouwd worden als nuttige bronnen voor geoptimaliseerde agrivoltaics systemen, en dus ook zorgvuldig bestudeerd worden om een hogere efficiëntie te kunnen behalen.
In een agrivoltaics systeem worden zonnepanelen op grotere afstand van elkaar geplaatst dan in een gangbaar monofunctioneel zonneveld. Hierdoor kunnen enerzijds de bouwkosten iets oplopen, maar anderzijds zorgt dit voor minder wederzijdse schaduwval op de panelen. Bovendien kunnen de panelen het verkoelende effect van een verdampend gewas goed benutten, want zonnepanelen behalen vaak een hoger rendement in lagere temperaturen. De gewassen zijn op hun beurt vaak blij met de schaduw onder de panelen, bijvoorbeeld doordat water minder snel verdampt. Omdat een agrivoltaics systeem gewassenteelt met het opwekken van elektriciteit bundelt, vormt het een directe concurrentie tussen fotosynthese en fotovoltaïsche (zonne)energie. In andere woorden, begrijpen waar en wanneer er welke hoeveelheid licht nodig is voor de gewassen, en wat de precieze effecten op de energieproductie zijn, is essentieel voor een optimaal agrivoltaics systeemontwerp.
De twee onderzoekers hebben verschillende experimenten uitgevoerd om te achterhalen welk deel van het lichtspectrum het meest effectief was voor gewassengroei, en welke voor het opwekken van zonne-energie. Voor het eerste deel van het onderzoek is een fotosynthese- en transpiratiemodel ontwikkeld die onder meer de reactie van planten (waaronder sla, basilicum en aardbei) op verschillende lichtspectra meette in gecontroleerde laboratoriumomstandigheden. De uitkomsten hebben laten zien dat het manipuleren van licht een positief effect kan hebben niet enkel voor de gewassen zelf, maar ook de bodemkwaliteit verbetert in het kader van waterefficiëntie.
Aan de hand van de resultaten van het model hebben de onderzoekers een gevoeligheidsanalyse uitgevoerd voor de belangrijkste abiotische variabelen als instraling, luchttemperatuur, vochtigheid en CO2-concentratie. Wat betreft fotosynthese en watergebruik blijkt het blauwe spectrum het minst efficiënt en het minst geschikt voor het produceren van biomassa. Daarentegen hebben de onderzoekers ondervonden dat het blauwe spectrum juist wel zeer geschikt is voor het opwekken van zonne-energie. Het rode spectrum lijkt geschikt voor optimalisatie voor het produceren van biomassa. Dit blijkt echter niet per definitie zo te zijn, laten de wetenschappers weten. De gevoeligheidsanalyse heeft namelijk ook gedemonstreerd dat de reactie van een plant enerzijds hoogstwaarschijnlijk soortspecifiek is, en anderzijds ook gevoelig is voor de abiotische variabelen.
Om deze kennis echt toe te kunnen passen in geoptimaliseerde agrivoltaics systemen, is verder onderzoek nog vereist. De onderzoekers hebben aangegeven dat naast lichtinval en spectrum, ook nauwkeurig gekeken moet worden naar de zogenaamde PAR-curven (absorptie en kwantumopbrengst) voor een optimale gewasgroei. In andere woorden, uitgebreider onderzoek is nodig om te achterhalen welke gewassen en klimaten het meest geschikt zijn voor deze gecombineerde vorm van landbouw en energieopwekking.
In Nederland houdt de WUR zich bezig met het testen van deze systemen om uiteindelijk tot meer efficiënte agrivoltaics systemen te komen. Onderzoekers van de WUR monitoren de gevolgen van zonnepanelen voor de abiotische variabelen, ziekten en plagen, lichtverdeling en gewasontwikkeling en -opbrengst. Ook zij benadrukken het belang van goed begrijpen hoe de twee - voedselproductie en energieopwekking - met elkaar concurreren en hoe voor beiden een optimale context gecreëerd kan worden. Daarnaast is per maart 2021 het vierjarig onderzoeksprogramma Sunbiose gestart naar verschillende invullingen van agrivoltaics systemen. Dit programma is grotendeels gefinancierd door de Nederlandse overheid en wordt uitgevoerd door een consortium aan wetenschappers, onderzoekers, ingenieurs, projectontwikkelaars en agrariërs.
Beeld: Sunbiose
