De opkomst van drijvende zonnepanelen

Gebrek aan plek

Om het groeiritme van PV te kunnen volhouden zal heel wat creativiteit nodig zijn. De snelheid waarmee ons elektrisch systeem omschakelt naar hernieuwbare energie valt namelijk niet te onderschatten. Om de klimaatdoelstellingen te halen dient de groei van hernieuwbare energie sneller te gaan dan de elektrificatie zelf, en dat binnen een context waarin ook het finaal energiegebruik nog wereldwijd stijgt. Hoewel er een gigantische hoeveelheid geschikte oppervlakte overblijft op onder andere daken, loont het om naar de toekomst te kijken. Op termijn wordt de competitie voor beschikbare ruimte nog sterker, want zeker in dichtbevolkte gebieden als West-Europa is ruimte schaars. Landbouw, huisvesting, industrie, recreatie en natuur concurreren allemaal voor dezelfde lappen grond. Al zijn we daar nog ver van af, na verloop van tijd komt de groei van zonne-energie in het gedrang. Hoewel PV-modules eenvoudiger dan ooit te integreren zijn met de omgeving, is zonne-energie niet immuun voor publieke oppositie. Grote infrastructuur is niet overal welkom, “not in my back yard”, oftewel het NIMBY-syndroom, is niet beperkt tot windparken. Toch zijn het precies dichtbevolkte regio’s die doorgaans de grootste vraag naar elektriciteit hebben. Dat is waar de zonne-energie het hardst nodig is.

Drijvende zonnepanelen (floating PV in het Engels) bieden een oplossing [1] . De technologie maakt het mogelijk om grote hoeveelheden zonnepanelen te installeren zonder daarmee andere ruimtegebruiken in het gedrang te brengen. Nu al worden ze commer­cieel geïnstalleerd op vijvers, kleine meren en ondergelopen mijnen of voormalige steengroeves. Voor deze kalme, ondiepe wateren zijn commerciële drijvers en verankeringen inmiddels beschikbaar. Vaak gebruikt men HDPE (high-density polyethylene) voor de drijvers, een materiaal dat goedkoop en vrij sterk is, maar dat ook bestand is tegen corrosie en UV-straling. Dezelfde grootschalige productie van standaardcomponenten die de prijzen van PV-modules gedrukt heeft, maakt voor rustige wateren ook steeds goedkopere kant-en-klaar oplossingen mogelijk. Daarnaast is men volop bezig met de zoektocht naar geschikte structuren en materialen voor de uitrol van innovatieve drijvende zonne-installaties op zee.

Een oplossing met bijkomende voordelen

Drijvende zonne-energie biedt schaalbaarheid, en doet dat op voormalig ongebruikte oppervlakken. Bovendien brengt de installatie van zonnepanelen op water onverwachte voordelen met zich mee. Het onderliggende water zorgt ervoor dat de warmte die de PV-modules produceren gedeeltelijk opgenomen kan worden. Op die manier werken de modules op een lagere temperatuur dan op land, en gebeurt de energieomzetting efficiënter. Doorgaans kan men rekenen op 2 à 3% efficiëntiewinst, afhankelijk van de locatie.

Het afdekken van water heeft natuurlijk ook invloed op het onderliggende ecosysteem. Dat kan zowel voordelig als nadelig uitdraaien. Omdat een deel van het zonlicht geblokkeerd wordt kan de groei van algen verhinderd worden en blijft het water koeler, wat de waterkwaliteit bevordert. Uitgerekend dit effect probeert men in wateropslagvijvers doorgaans te realiseren met kunststof zeilen of -ballen. Hier is het dus mogelijk om meerdere functies te combineren: zowel het waarborgen van de waterkwaliteit, als de productie van elektriciteit. Tenslotte verhinderen de zonnepanelen ook in zekere mate verdamping, wat van pas komt in langere periodes van droogte. De volledige afdekking van het water kan er ook juist voor zorgen dat álle biologische ontwikkeling verhinderd wordt bij gebrek aan licht. Een afweging van de wenselijke effecten dringt zich dus op vooraleer men de grootte en positie van de installatie beslist.

Drijvende zonnepanelen en waterkracht

Naast de voorgenoemde voordelen kunnen drijvende zonnepanelen ook in combinatie met waterkrachtcentrales of offshore windturbines geïnstalleerd worden. Vooral het delen van de netaansluiting maakt deze mogelijkheden aantrekkelijk. Op die manier kunnen de kosten voor netinfrastructuur gedrukt worden. Waterkrachtcentrales zijn al voorzien van een stevige aansluiting waarvan het aantal vollasturen beperkt is. Een aanzienlijke hoeveelheid zonne-energie kan dus geïntegreerd worden via dezelfde connectie. Het geïnstalleerde vermogen neemt daarmee toe, en de combinatie van een weersafhankelijke elektriciteitsbron als PV met een volledig controleerbare waterkrachtcentrale zorgt bovendien voor de nodige flexibiliteit.

De grootste drijvende zonne-installatie gecombineerd met waterkracht bevindt zich momenteel op West-Java in Indonesië, op het reservoir van de Cirata waterkrachtcentrale (1 GW). De installatie werd in november 2023 ingehuldigd, met meer dan 300.000 PV-modules gespreid over 13 eilanden. Deze worden ondersteund door zo’n 750.000 drijvers, die op hun plaats gehouden worden door ongeveer 2000 betonnen ankers. Dat komt neer op een drijvende oppervlakte van 250 hectare. Met waterdieptes tot 100 m is het project een unicum in de wereld en een demonstratie van de schaalbaarheid van de technologie. Het project is goed voor zo’n 192 MWp en kwam tot stand om aan de groeiende duurzame elektriciteitsvraag te voldoen, zonder kostbare ruimte van omliggende gebieden in te nemen die in eerste plaats voor landbouw gebruikt worden. Er wordt verwacht dat het drijvende zonnepark 300 GWh elektriciteit per jaar zal opleveren.[2]

Hybride zonne-windparken op zee

Naast de productieve combinatie met waterkracht wordt er ook geïnvesteerd in efficiënte combinaties van drijvende zonnepanelen met windenergie op zee. Ondanks de meerkost tegenover windparken op land zijn offshore windparken inmiddels een groot succes, en groeiden ze uit tot een stevige pijler van onze elektriciteitsvoorziening. De windzones op zee, die nu al ontoegankelijk zijn voor commerciële scheepvaart en visserij, hebben heel wat beschikbare oppervlakte die geschikt is voor drijvende zonnepanelen. De immensiteit van de beschikbare ruimte maakt het mogelijk om de ontwikkeling van megawatt- en zelfs gigawattsystemen te overwegen, een schaal die voor zonne-installaties op land niet langer mogelijk is in onze regio.

Ook daar kan een gemeenschappelijk gebruik van de netaansluiting kosten drukken voor kabels en andere elektrische infrastructuur op zee. Mooi meegenomen, want investeringen voor de uitbreiding van het net komen in de elektriciteitsfactuur. Essentieel daarin is dat windturbines en zonnepanelen hun sterkste productie realiseren in verschillende maanden van het jaar. De complementariteit van hernieuwbare energiebronnen faciliteert een gespreide belasting van de netaansluiting. [3] Op die manier kan de integratie van drijvende zonne-energie op zee de elektrische opbrengst van de windzones aanzienlijk opdrijven, zonder fundamentele uitbreiding van de netaansluiting. Gecombineerde zonne-windparken bieden dus perspectieven voor een efficiënte en schaalbare verdere uitrol van hernieuwbare energie op zee.

Grote uitdagingen en baanbrekende testinstallaties

Naast het onmiskenbare potentieel zijn er ook serieuze uitdagingen aan deze jonge technologie verbonden. Zo zullen de drijvers altijd zorgen voor een systematische meerkost tegenover minder materiaalintensieve installaties op land. De aanhoudende deining van de platformen brengt namelijk ook nieuwe vereisten met zich mee voor de materialen, die bestand moeten zijn tegen vermoeiing, UV-straling, corrosie, etc.

Tegenover de beloftes voor ongeziene schaal en synergiën met offshore wind staan dus ook grote uitdagingen, in het bijzonder voor drijvende zonne-energie op zee, waar onder andere hoge golven, sterke wind en bijtende corrosie de zaken bemoeilijken. In de race om deze piepjonge maar veelbelovende markt te veroveren liggen de Nederlandse bedrijven SolarDuck en Oceans of Energy, en het Belgische consortium SeaVolt (een samenwerking van Jan De Nul, DEME en Tractebel) op kop om de eersten te zijn. De sterke aanwezigheid van industrie en onderzoeksinstellingen in de Lage Landen, gecombineerd met expertise in offshore wind, maakt de regio bij uitstek geschikt voor innovatie in deze sector. De bedrijven experimenteren elk met hun eigen aanpak en implementatie. Zo kiezen SeaVolt en SolarDuck voor hogere structuren, waarbij de PV-modules enkele meters boven het wateroppervlak beschut blijven voor de impact van golfslag, corrosie en bedekking door algen, terwijl Oceans of Energy kiest voor een bescheidener structuur die de modules dicht bij het water houdt. SolarDuck heeft marine-aluminiumstructuren ontwikkeld met drie drijvers, en lanceerde recent zijn 500 kWp “Merganser” testinstallatie op 12 km van de kust van Scheveningen. Verder werkt het bedrijf in de komende jaren binnen het Europese project “Nautical Sunrise” aan een 5 MWp-systeem dat in het windpark “Hollandse Kust West” zal geïnstalleerd worden. [4] Tegenover het marine-aluminium van SolarDuck experimenteert SeaVolt met glasvezel-versterkt plastic (fiber reinforced plastic), dat bijzonder licht en corrosieresistent is.[5] SeaVolt lanceerde in de zomer van 2023 een kleinschalige testinstallatie voor de kust van Oostende, waar ondertussen ook de derde testinstallatie van Oceans of Energy gelegen is. Hun rechthoekige drijvers houden de modules vlak bij het wateroppervlak. Op die manier worden structuurkosten gedrukt, maar zijn de PV-modules ook kwetsbaarder voor de impact van golven, zeewater en algen. Toch hebben de “Oceans of Energy”-structuren ondertussen een indrukwekkende staat van dienst, met testinstallaties die al Noordzeestormen en 13 m-hoge golven overleefden. Net als SolarDuck heeft ook Oceans of Energy plannen om in 2025 een eerste drijvende zonne-installatie te integreren met een windpark in de Nederlandse Noordzee. Welk van deze opties uiteindelijk de meest betrouwbare en kostenefficiënte wordt kan enkel de toekomst uitwijzen. Zeker is dat drijvende zonne-energie er is om te blijven, en dat we in de Lage Landen alles in huis hebben om voorloper te zijn in deze opkomende sector.

Meer weten?

Ontdek meer over de mogelijkheden van zonne-energie en de toekomst van drijvende zonnepanelen op onze uitgebreide onderzoeksportal. Lees meer hier.

Bronnen

[1] Een project rond drijvende zonnepanelen viel vorig jaar zelfs in de prijzen op de Techlink Awards Night. Ministry of Solar ontving een Award voor duurzame renovatie voor een drijvend zonneenergiesysteem op de site van een steengroeve Les Petons in Yves-Gomezée. Het is de grootste drijvende installatie in Wallonië. Bron: September-editie Power+ 2023.
[2] A. Garanovic, “The largest floating solar power plant in Southeast Asia comes online,” Offshore Energy. Bezocht: Jul. 12, 2024. [Online] https://www.offshore-energy.biz/ the-largest-floating-solar-powerplant-in-southeast-asia-comesonline/
[3] O. Delbeke, J. D. Moschner, and J. Driesen, “The complementarity of offshore wind and floating photovoltaics in the Belgian North Sea, an analysis up to 2100,” Renew Energy, vol. 218, Dec. 2023, doi: 10.1016/j.renene.2023.119253.
[4] Engineeringnet, “Bouw grootste offshore drijvende zonneenergiesysteem ter wereld.” Bezocht: Jul. 12, 2024. [Online]: https://engineeringnet.be/nl/nieuws/ item/22733/bouw-grootste-offshoredrijvende-zonne-energiesysteemter-wereld
[5] VLAIO, “Consortium Seavolt lanceert binnenkort eerste drijvende zonnepanelen.” Bezocht: Jul. 12, 2024. [Online]. Available: https:// www.vlaio.be/nl/nieuws/consortiumseavolt-lanceert-binnenkort-eerstedrijvende-zonnepanelen