Een team van de Universiteit van Tokio en het International Rice Research Institute heeft een systeem ontwikkeld om gezamenlijk de rijst- en elektriciteitsproductie van een agrivoltaïsche rijstboerderij te schatten. In de simulaties vergroot het kantelen van de panelen meer naar verticaal het beschikbare licht voor de planten en de kans op het bereiken van de oogstdoelen, waardoor een deel van de elektriciteitsproductie verloren gaat.
Het onderzoek, gepresenteerd door de Universiteit van Tokio en gepubliceerd op Onderzoek naar veldgewassenpakt een concreet probleem aan: het gebruik van hetzelfde land om te groeien en energie op te wekken vereist de distributie van licht tussen twee activiteiten die dit allebei nodig hebben.
Rijst onder de panelen kan opbrengst en kwaliteit verliezen
Uit een eerder onderzoek door dezelfde groep, dat zes jaar lang in een Japans rijstveld werd uitgevoerd, werd een gemiddelde opbrengstreductie van 23% gemeten. De productie bedroeg 6,5 ton per hectare onder de panelen, tegenover 8,5 ton bij de teelt zonder modules.
Schaduw had de biomassa en het aantal pluimen, de bloeiwijzen waarop de korrels zich vormen, beperkt. Er waren ook kwaliteitsproblemen aan het licht gekomen: meer granen met ondoorzichtige en witachtige plekken, een defect dat krijtvorming wordt genoemd, en een lagere opbrengst aan volle rijst na verwerking.
Het zijn resultaten die verwijzen naar dat systeem en de bestudeerde omstandigheden. Ze laten echter zien waarom bij het ontwerpen van agrivoltaïsche energie in rijstvelden het tellen van alleen kilowatturen een essentieel deel van het budget buiten beschouwing laat.
Drie modellen en dertig jaar meteorologische data
De nieuwe methode verbindt drie instrumenten: één reconstrueert het licht dat de planten bereikt, ORYZA simuleert de groei en opbrengst van rijst, en PVsyst schat de fotovoltaïsche productie. Op deze manier is het mogelijk om te evalueren hoe een verandering in de panelen beide producties beïnvloedt.
De experimentele locatie bevindt zich in Chikusei, in de prefectuur Ibaraki, waar de panelen 27% van het op de grond geprojecteerde oppervlak beslaan. Na vergelijking met metingen verzameld in het veld, gebruikten de onderzoekers meteorologische gegevens van 1994 tot 2023 om het gedrag van het systeem in verschillende jaren te onderzoeken.
Een eerste wetenschappelijk rapport van het werk, gepresenteerd aan de Japanese Society of Crop Sciences, rapporteert gesimuleerde opbrengsten tussen 66% en 94% van conventionele opbrengsten. Het beoogde doel is om ten minste 80% van de oogst die zonder panelen kan worden verkregen, te behouden, in overeenstemming met de Japanse eisen. De veranderlijkheid van het weer maakt het daarom onvoldoende om alleen naar het gemiddelde te kijken.
Hoeveel verandert het resultaat door de panelen te kantelen
In de uitgangsconfiguratie was de gemiddelde gesimuleerde opbrengst 82% van de conventionele, maar de kans om onder de doelstelling te vallen was 26%. Door de helling met 7 graden naar verticaal te vergroten in vergelijking met de oorspronkelijke configuratie, nam de kans op het bereiken van de drempel toe tot 80%, met een geschatte daling van de totale jaarlijkse inkomsten van 0,1%.
Met 30 graden extra bereikte de kans 90%, terwijl de rijstopbrengst met 4,2% verbeterde en de elektriciteitsproductie met 3,2% daalde. De totale omzet daalde met 2,7%. Bij 53 graden hoger bereikte de waarschijnlijkheid 95%. In dit geval steeg de rijstopbrengst met 10,3%, gepaard gaande met een vermindering van de elektriciteitsproductie met 9,4% en de inkomsten met 8%.
Meer licht voor de planten betekent dus een grotere kans op het veiligstellen van de oogst. Maar het geleidelijk kantelen van de panelen brengt steeds grotere offers met zich mee op energie- en economisch vlak. De percentages beschrijven gesimuleerde scenario’s voor het bestudeerde systeem. De inkomsten, waaronder de inkomsten uit de verkoop van rijst en elektriciteit, zijn ook afhankelijk van de gehanteerde economische aannames.
Volgens de onderzoekers zou de methode ook gebruikt kunnen worden om de grootte en dichtheid van de panelen, het klimaat en de kenmerken van de geteelde rassen te evalueren. Een systeem waarmee systemen kunnen worden ontworpen waarbij rekening wordt gehouden met de landbouwbehoeften, zelfs voordat de modules worden geïnstalleerd. Om het op Italiaanse rijstvelden toe te passen, zijn lokale gegevens en veldcontroles nodig. Ondertussen arriveert er een hulpmiddel uit Japan om een van de meest delicate problemen in de agrivoltaïsche sector aan te pakken: het produceren van elektriciteit zonder onnodige opoffering van het gewas dat onder de panelen groeit.
