Zonne-energie opwekken in kas met behoud PAR-licht

Een innovatief systeem met speciale spiegels bovenin de kas reflecteert het infrarode licht naar kleine zonnecollectoren. Het laat PAR-licht voor fotosynthese wel ongehinderd door naar het gewas. Dit combineert duurzame energie-opwekking met wegscherming van overtollige warmte.

In een kas-compartiment met paprika’s, bij Delphy Improvement Centre, hangt het bovenin de kas vol met spiegels. Deze zogenoemde dichroïsche spiegels zijn voorzien van speciaal folie. Dat laat selectief bepaalde golflengtes van het lichtspectrum door of reflecteert ze juist. Voor de specifieke glastuinbouwtoepassing, een gepatenteerd systeem van de Zwitserse start-up Voltiris, worden alleen frequenties buiten het PAR-spectrum weerkaatst. Deze worden gebundeld op kleine zonnepanelen gericht, om groene stroom op te wekken.

Slimme lichtfilters ondersteunen de teelt juist, in plaats van dat ze concurreren met de hoeveelheid instraling

Het PAR-licht wordt doorgelaten, zodat de planten er voor hun fotosynthese geen hinder van ondervinden. In een eerdere vergelijkingsproef met tomaat, uitgevoerd bij WUR, is aangetoond dat de modules een minimale impact op de productie hebben. De energieproductie compenseert voor dit effect. Kaz Vermeer, hoofd commercialisatie van Voltiris Nederland: “Dat was daar ons hoofdoel: om te laten zien dat je een prima productie kunt halen onder ons systeem. Want er is best scepsis bij sommige telers. Zij zijn er in hun denken op getraind om het aantal licht-onderscheppende zaken bovenin de kas zo gering mogelijk te houden. Maar slimme lichtfilters ondersteunen de teelt juist, in plaats van dat ze concurreren met de hoeveelheid instraling.”

Kijken naar effect op kasklimaat en waterbehoefte

In de proef bij Delphy, ontwikkeld in samenwerking met de Poeldijkse kassenbouwer Horconex, wordt nu ook gekeken naar effecten op het kasklimaat en de waterbehoefte. Bij een slateler bleek uit een recente proef al, uit opnames met een infraroodcamera, dat op een zonnige dag in maart de planttemperatuur 2 tot 3 graden lager bleef dan in een afdeling ernaast zonder warmtereflectie. In een andere proef leidde het tegengaan van warmtestraling in de kas tot minder gewasverdamping, wat tot uitdrukking kwam in een lagere gietwatervraag. En met luchtramen die langer dicht kunnen blijven, zijn CO₂-concentraties in de kas langer op niveau te houden.

In een controleproef, waar hele tentjes waren gebouwd met het licht-selectieve foliemateriaal, verminderde de tripsdruk. Vermeer: “We zagen toen twee derde reductie op trips in komkommer. Dat zou verklaard kunnen worden door verstoring van de navigatie, door het gewijzigde lichtspectrum in de kas.” Naar verwachting treedt dit effect ook in de praktijk op, al zij het in minder extreme mate. De spiegelfilters laten uv-licht gewoon door. Van negatieve gevolgen voor de hommelbevlieging is in de proeven dan ook niets gebleken.

65% van energie uit zonlicht benutten

Bij het Voltiris-systeem centreren de spiegels het nabij-infrarode licht op de zonnepanelen. Door die bundeling kunnen de zonnepanelen klein gehouden worden, wat de lichtonderschepping minimaliseert. De PAR-lichtdoorlatende spiegels zijn zes keer zo groot als de zonnepanelen.

Het doorgelaten lichtspectrum dat te goede komt aan het gewas kan uiteraard niet omgezet worden in elektriciteit. Daartegenover staat dat de zonnepanelen bij het door de spiegels gereflecteerde nabij-infrarode lichtspectrum juist efficiënter presteren dan bij een volledig daglichtspectrum. De combinatie van deze factoren maakt dat ongeveer 65% van de beschikbare energie uit het zonlicht benut kan worden voor opwekking van elektriciteit.

De draaibare spiegels reflecteren niet-PAR-licht effectief op de kleine zonnepanelen.

Op afstand draaibare spiegels

Behalve van het golflengte-selectieve foliemateriaal hangt het weerkaatste lichtspectrum ook af van de hoek waaronder het licht op de lichtfilterende spiegels valt. Daarom wordt de stand van de spiegels gestuurd met motortjes, zodat de stand ten opzichte van de zon steeds optimaal is.

Dit gegeven maakt dat de Voltiris-toepassing voordelen biedt ten opzichte van het idee om zo’n type folie te verwerken in de ruiten van het kasdek. Daar zou de (per seizoen en per dagdeel) wisselende hoek tussen de zon en het folie een ongecontroleerde lichtspectrumdoorlatendheid voor het gewas veroorzaken. Dat staat nog los van het feit dat de gereflecteerde straling dan onbenut terug de atmosfeer in gaat, terwijl er nu groene stroom mee op te wekken is. En in de winterperiode kan de teler de spiegels desgewenst juist van de zon wegdraaien, zodat de infraroodwarmte nog wel bij het gewas kan komen.

Een combinatie met direct air capture, om CO₂ uit de buitenlucht te winnen, zou een perfecte match zijn

Toenemende stroombehoefte in glastuinbouw

Bij een maximale benutting van de ruimte bovenin de kas kunnen er ongeveer 3.000 spiegel-/zonnepaneelmodules per hectare hangen. Met een vermogen van 400 kW kan per hectare ongeveer 450 MWh aan elektriciteit per jaar worden opgewekt.

Voor de toekomst lijkt elektrificatie in de glastuinbouw door te zetten, wat de behoefte aan stroom groter maakt. Denk daarbij aan warmtepompen en installaties voor kasluchtontvochtiging. Vermeer: “Een combinatie met direct air capture, om CO₂ uit de buitenlucht te winnen, zou bijvoorbeeld een perfecte match zijn. Want die uren met CO₂-behoefte komen sterk overeen met de uren dat de zon schijnt. Verder zien we een beginnende trend bij de toepassing van batterijen. Dat levert een goede combinatie om dag-nachtverschillen in het productieaanbod en de vraag van elektriciteit te kunnen overbruggen. En heel grote glastuinbouwbedrijven hebben al een grote baseload-behoefte aan stroom voor hun verpakkings- en andere bedrijfshallen.”

Systeem met zonnepanelen flexibel op te hangen

Het zonnepanelensysteem heeft ongeveer een meter aan hoogte onder de tralie nodig. Het is zo ontwikkeld dat er dwars op de nokrichting flexibel meer of minder modules zijn op te hangen. Daarmee kan rekening worden gehouden met posities van bijvoorbeeld belichtingsarmaturen of ventilatoren. Bij een dubbel schermdoek is het gunstig als het onderste doek verlaagd geïnstalleerd kan worden onder de spiegels en zonnepanelen. Dat biedt de mogelijkheid om te schermen, zonder dat dit ten koste van elektriciteitsproductie gaat. Het scherm functioneert in dat geval als isolatie tussen de warmte die bovenin de kas op de panelen wordt geconcentreerd, en de koelere gewasomgeving daaronder.

Vooruitstrevende telers in Nederland gezocht

Voltiris heeft zijn eerste commerciële projecten geïnstalleerd bij sterke, innovatieve telers in Zwitserland. “Uiteraard zou ik ook graag projecten in Nederland zien. De interesse is flink toegenomen, nu de wkk elk jaar wat duurder wordt”, aldus Vermeer. Richting 2025 heeft Voltiris weer mogelijkheden om nieuwe projecten op hectareschaal te realiseren. Daarom is Vermeer op zoek naar vooruitstrevende telers die aan de slag willen met de verbreding van hun energiemix. Omdat het concept nog nieuw is, zijn er diverse subsidies voor te benutten.