Slim dimmen verlaagt energiekosten in tomatenteelt zonder productieverlies
Hoe stem je belichting af op schommelende energieprijzen zonder in te boeten op productie? Binnen het LA-traject DigiKas onderzoeken we in Agrotopia het potentieel van dynamisch aangestuurde ledverlichting in tomatenteelt. De resultaten tonen aan dat slim dimmen op basis van de energiemarkt de elektriciteitskosten met meer dan 10% kunnen dalen, terwijl productie en vruchtkwaliteit behouden blijven.
Belichting afgestemd op energieprijzen en zonlicht
Belichting is een belangrijke energiekost in de glastuinbouw. Tegelijk schommelen elektriciteitsprijzen sterk doorheen de dag, waardoor het interessant wordt om energieverbruik slim te sturen. In een proef met trostomaat onderzocht Inagro daarom verschillende dimstrategieën voor ledverlichting. In een proef met trostomaat onderzocht Inagro het potentieel van dynamisch dimmen op basis van de day-aheadprijs. Door gebruik te maken van een slim algoritme van Heliospectra werd de belichting automatisch afgestemd op zowel de buitenstraling als de energieprijzen. Dit maakte het mogelijk om de potentiële energiebesparing van dynamisch belichten te evalueren.
-
hoeveel energiekosten kunnen worden bespaard met dynamisch belichten en;
-
welke plantsensoren potentieel hebben om de aansturing verder te optimaliseren op basis van gewasfeedback.
Vier strategieën met elkaar vergeleken
In Agrotopia werd gedurende één winterteelt onderzocht hoe verschillende dimstrategieën de belichting van trostomaat kunnen optimaliseren. Daarbij werden vier strategieën met elkaar vergeleken:
- een vaste belichting zonder dimmen,
- een vooraf ingesteld dimprofiel en
- twee automatische sturingen op basis van het Heliocore-algoritme van Heliospectra.
In het referentieobject werd steeds met een constante lichtintensiteit belicht.
Een tweede object werkte met een vast dimprofiel, waarbij de lichtintensiteit tijdens bepaalde uren van de dag werd verlaagd. Beide objecten ontvingen uiteindelijk dezelfde dagelijkse lichtsom.
In de twee overige objecten werd de belichting volledig automatisch aangestuurd. Het algoritme hield rekening met de beschikbare buitenstraling en lokale weersvoorspellingen om te bepalen wanneer en hoeveel er kon worden gedimd. Bij zonnige omstandigheden werd sterker gedimd dan op bewolkte dagen.
In het vierde object werd daarnaast ook rekening gehouden met de day-ahead-elektriciteitsprijs. Wanneer de stroomprijzen hoog waren, werd de belichting verder teruggeschroefd. Bij lagere elektriciteitsprijzen kon de installatie maximaal worden ingezet. Op die manier werd onderzocht in welke mate energiekosten kunnen worden bespaard zonder de gewasgroei in het gedrang te brengen.
Deze proef maakte het mogelijk om zowel het technische als het economische potentieel van dynamisch belichten onder praktijkomstandigheden te evalueren.
Algoritme stuurt zeer nauwkeurig
De resultaten tonen aan dat het algoritme van Heliospectra de vooropgestelde lichtsommen zeer nauwkeurig kon realiseren. In de objecten waar dynamisch werd gedimd, bedroeg de afwijking op de beoogde dagelijkse lichtsom minder dan 1%. Ook op dagen met veel zonlicht bleef deze nauwkeurigheid behouden.
Uit het gemiddelde dagverloop van de lichtintensiteit blijkt dat de dynamisch aangestuurde objecten vooral tijdens de duurdere uren minder belichtten. Na het vaste nachtblok werd de belichting vaak teruggedimd tot het minimale toegelaten niveau. Later op de dag werd de intensiteit opnieuw verhoogd om de dagelijkse lichtsom toch te behalen. Het algoritme hield daarbij niet alleen rekening met de energieprijs, maar ook met de hoeveelheid natuurlijk licht die later op de dag nog werd verwacht.
Belangrijk is dat deze dimstrategie geen negatieve impact had op de productie. Wanneer gecorrigeerd werd voor de gerealiseerde lichtsom, werden geen significante verschillen vastgesteld in opbrengst tussen de dynamisch aangestuurde objecten en de objecten met een vaste belichtingsstrategie. Over de volledige teeltperiode bedroeg de gemiddelde lichtefficiëntie 8,4 gram/mol.m². Ook wat betreft vruchtkwaliteit werden geen significante verschillen waargenomen.
Meer dan 10% lagere elektriciteitskosten
De resultaten zijn veelbelovend. Wanneer wordt gerekend met dynamische elektriciteitsprijzen, bleek de energiemarktgestuurde dimstrategie gemiddeld 10,4% goedkoper per mol ledlicht dan een klassieke, niet-gedimde belichtingsstrategie. Ook een sturing op basis van buitenstraling alleen leverde al een duidelijke besparing op.
De resultaten tonen dat een slimme, automatische aansturing van ledverlichting niet alleen technisch haalbaar is, maar ook economisch interessant kan zijn voor glastuinbouwbedrijven", aldus Bert Deruyck. "De volgende stap is om ook plantfeedback mee te nemen in de sturing, zodat we nog nauwkeuriger kunnen belichten waar en wanneer dat nodig is.
Ook de plant zelf als stuurinformatie
Naast de economische evaluatie onderzochten we ook hoe plantsensoren kunnen helpen om belichtingsstrategieën verder te verfijnen. Verschillende technologieën werden getest om de reactie van het gewas op veranderende lichtomstandigheden op te volgen.
De eerste resultaten wijzen erop dat vooral chlorofylfluorescentiemetingen perspectief bieden. Deze techniek maakt het mogelijk om de efficiëntie van de fotosynthese op een niet-destructieve manier te monitoren en kan in de toekomst mogelijk gebruikt worden als extra stuurinformatie voor intelligente belichtingssystemen.
Vervolg binnen DigiKas
De opgedane kennis vormt de basis voor verdere proeven binnen DigiKas. In een volgende winterteelt zal onderzocht worden hoe realtime plantfeedback gecombineerd kan worden met markt- en klimaatgegevens om de aansturing van belichting verder te optimaliseren.
