Agri-photovoltaïque (Agrivoltaïsme) : Les panneaux solaires augmentent les rendements des cultures de 60%

Nourrir un monde en croissance, alimenter notre avenir grâce aux systèmes Agri-Photovoltaïques

La population mondiale devrait augmenter de 1,2 milliard de personnes en 15 ans, avec une demande croissante de viande, d'œufs et de produits laitiers, qui utilise plus de 70 % de l'eau douce pour les cultures, et une demande croissante d'électricité. Il n'est plus un secret que nous devons opérer un changement radical dans la production d'énergie afin de devenir climatiquement neutres et de réduire les émissions de l'humanité. De nombreuses études ont montré que pour y parvenir, nous devons investir massivement dans les sources d'énergie renouvelables telles que l'éolien et le solaire. Les experts prévoient qu'à l'avenir, la production photovoltaïque augmentera d'une estimation de six à huit fois par rapport à aujourd'hui. L'Agriculture est un élément essentiel de la vie humaine depuis des siècles, et à ce titre, il est impératif de trouver un moyen de la maintenir tout en produisant de l'énergie renouvelable.

Cependant, le problème majeur des parcs solaires traditionnels est que le sol sous les panneaux ne peut pas être utilisé. L'agrivoltaïsme, qui combine l'Agriculture avec la production d'électricité en cultivant sous une canopée de panneaux solaires, pourrait être la solution à ces problèmes.

Entrez dans les systèmes agri-photovoltaïques (ou systèmes Agri-PV). Cette technologie nous permet d'installer des cellules solaires au-dessus d'un champ agricole et de produire de l'électricité tout en permettant aux cultures de pousser en dessous.

AgroSolar : Cultiver et produire de l'électricité

L'Agrivoltaïsme a également montré qu'il est possible de cultiver presque toutes les cultures sous des panneaux solaires, mais il peut y avoir une perte de rendement pendant les saisons moins ensoleillées pour les plantes avides de soleil. Néanmoins, les rendements des cultures APV ont dépassé ceux du champ de référence pendant les années « sèches et chaudes », démontrant que l'agrivoltaïsme pourrait changer la donne dans les régions chaudes et arides.

La quantité d'expérience avec l'agrivoltaïsme est encore assez limitée, mais de nombreuses variations de l'agrivoltaïsme font actuellement l'objet de recherches actives. Les grands succès ont concerné principalement les cultures tolérantes à l'ombre comme la laitue, les épinards, les pommes de terre et les tomates. Certains exemples très prometteurs plaident fortement en faveur de l'agrivoltaïsme.

Le terrain est utilisé deux fois et nous pouvons maximiser la production d'énergie. Les systèmes Agri-PV ont été développés à l'Institut Fraunhofer, et les chercheurs estiment que cette technologie a le potentiel de couvrir l'intégralité des besoins énergétiques de l'Allemagne avec seulement quatre pour cent de la surface agricole. Ce type de production d'énergie renouvelable a déjà été testé dans l'entreprise Steinicke située à Lüchow, en Basse-Saxe. Les modules solaires ont été installés à une hauteur de six mètres et des herbes ont été cultivées en dessous, à l'ombre. Ceci est bénéfique pour les plantes car cela crée un microclimat et réduit les dommages causés par le soleil. L'Institut Fraunhofer a également construit un champ d'essai avec des pommiers pour mesurer les effets de l'ombrage et l'impact sur la récolte. Les premières constatations montrent que le toit photovoltaïque est même bénéfique pour certaines variétés et les protège des parasites. Cette technologie est estimée capable de générer environ 700 000 kilowattheures d'électricité par an. AgroSolar est un pionnier de cette technologie et travaille actuellement sur d'autres projets.

Procédures longues et installation coûteuse

Cependant, ils sont confrontés à un problème courant : des procédures longues. Il faut souvent deux ans et demi pour mener à bien la procédure de plan de développement avec une modification du plan d'occupation des sols, ce qui peut coûter entre 20 000 et 80 000 euros. Cela rend le processus difficilement abordable pour les petits systèmes. Davantage d'incitations sont nécessaires pour que les agriculteurs et les entrepreneurs investissent dans les systèmes Agri-PV, il pourrait donc s'agir d'une subvention potentielle de l'Union européenne (la source habituelle des subventions agricoles à l'échelle de l'UE). L'approbation doit être plus rapide et plus facile, et la numérisation pourrait être un outil utile.

Les conditions économiques doivent être favorables pour que les gens effectuent le changement, le photovoltaïque peut être un élément utile dans la lutte contre le changement climatique. Avec les systèmes Agri-PV, nous avons l'opportunité de produire de l'énergie renouvelable tout en maintenant l'agriculture, afin que nous puissions continuer à produire de la nourriture et nourrir l'humanité. Cette technologie a le potentiel de produire autant d'électricité que 170 centrales nucléaires (théoriquement), si la technologie était mise en œuvre à plus grande échelle.

Des panneaux solaires bifaciaux montés verticalement, qui peuvent collecter l'énergie solaire des deux côtés du panneau, sont utilisés pour permettre une plus grande surface cultivable. Ce type d'installation fonctionnerait particulièrement bien dans les zones sujettes à l'érosion éolienne, car les structures réduisent la vitesse du vent, ce qui peut aider à protéger le sol et les cultures qui y sont cultivées. Les panneaux bifaciaux peuvent générer plus de puissance par mètre carré que les panneaux traditionnels à face unique et ne nécessitent aucune pièce mobile.

Double usage des terres : Équilibrer les risques et les opportunités

L'agrovoltaïsme est une technologie relativement nouvelle qui pourrait jouer un rôle majeur dans la transition énergétique. Le potentiel de cette technologie est grand, mais les obstacles à surmonter pour qu'elle soit acceptée le sont tout autant. Pour installer 215 gigawatts de PV d'ici 2030, l'amendement EEG a mis certaines choses en mouvement. Cela inclut une prime technologique de 1,2 centime par kilowatt-heure, mais les experts estiment que cela pourrait ne pas suffire.

Les Pays-Bas sont le deuxième exportateur mondial de produits alimentaires et une entreprise nommée "GroenLeven", filiale du groupe BayWa dont le siège est à Munich, en Allemagne, a lancé plusieurs projets pilotes avec des agriculteurs locaux. Ils ont converti trois hectares d'une ferme de framboises de quatre hectares à Babberich, aux Pays-Bas, en une ferme agrovoltaïque de 2 MW.

Les plants de framboisiers ont été cultivés directement sous les panneaux solaires, qui étaient disposés en rangées alternées orientées est et ouest, maximisant ainsi le rendement solaire tout en protégeant les plants du vent. La quantité et la qualité des fruits produits sous les panneaux se sont révélées identiques ou meilleures que celles des fruits produits sous des tunnels en plastique traditionnels, et l'agriculteur a économisé beaucoup de travail lié à la gestion des tunnels en plastique. Un autre avantage significatif était que la température était de plusieurs degrés plus fraîche sous les panneaux solaires, ce qui la rendait plus agréable pour les travailleurs agricoles et réduisait la quantité d'eau d'irrigation de 50 % par rapport au champ de référence.

Avantages de l'AgroSolar

En éliminant la concurrence pour le foncier entre les cultures alimentaires et les cultures énergétiques, cette nouvelle technologie permet une augmentation significative de l'efficacité d'utilisation des terres – actuellement jusqu'à 186 % (selon AgroSolar).

Une machine agricole spécialisée cultive le sol sous des panneaux solaires surélevés dans une installation agrovoltaïque, illustrant comment cette technologie à double usage augmente l'efficacité des terres jusqu'à 186 % en combinant la production d'énergie propre avec une croissance optimisée des cultures.

Cet vaste réseau agrovoltaïque démontre le système double innovant fusionnant l'énergie propre et l'Agriculture, offrant des avantages significatifs.

Ce réseau agrovoltaïque illustre la conception personnalisable des systèmes doubles, s'adaptant aux terres agricoles et aux cultures.

Avantages du système double selon AgroSolar :

• Chaque système d'Agrovoltaïsme est personnalisable et flexible, adapté à la taille de la parcelle, au type de cultures cultivées et aux conditions géologiques.

• L'Agro-PV protège les cultures et les récoltes des conditions météorologiques extrêmes telles que la chaleur, la sécheresse, les fortes pluies, la grêle et le vent.

Les machines agricoles de différentes tailles peuvent toujours être utilisées comme d'habitude sous les systèmes Agri-Photovoltaïques.

Les besoins en eau des zones agricoles peuvent être réduits jusqu'à 20 %, et la capacité de rétention d'eau du sol est augmentée.

Agriculture – Carbone : Avec l'Agri-PV, un humus contrôlé peut être développé, réduisant le besoin d'engrais et permettant de stocker plus de CO2 dans le sol.

L'utilisation de l'Agri-PV augmente les rendements des cultures, permettant des revenus plus élevés pour l'entreprise agricole.

Flexible et rentable : En plus d'investir dans son propre système, AgroSolar Europe propose également un modèle de leasing, de sorte que l'entreprise agricole n'a aucun effort à faire pour l'installation et la vente d'électricité.

L'agrivoltaïsme a le potentiel d'être une stratégie gagnante pour répondre à nos besoins énergétiques et réduire la consommation d'eau dans les régions chaudes et arides du monde.

Bien que l'Agri-PV présente de nombreux avantages, tels que la fourniture d'un toit sur une zone et la double utilisation des terres, il existe des inconvénients qui doivent être pris en compte. Ceux-ci comprennent :

• Coûts plus élevés
• La nécessité d'équilibrer la production agricole avec la production d'électricité
• Préoccupations concernant la protection des sols

Cependant, la résistance communautaire à l'agrivoltaïsme est importante à contrôler, en particulier la pseudo-agrivoltaïque, qui est une pratique consistant à construire de grandes fermes solaires sous couvert d'agriculture. Les règles, les réglementations et la bureaucratie peuvent également freiner l'agrivoltaïsme, et il est essentiel de maintenir un soutien local approprié. L'UE considère les systèmes agrivoltaïques comme des structures physiques et exige un permis de construire. Le coût par kWh pour l'agrivoltaïsme peut être 10 à 20 % plus élevé par rapport aux parcs solaires traditionnels, ce qui soulève la question de la propriété des panneaux solaires. Sans intervention gouvernementale par le biais de subventions ou de garanties de prix, l'agrivoltaïsme pourrait ne pas avoir sa chance face à d'autres initiatives solaires. L'agrivoltaïsme a le potentiel d'aider notre approvisionnement alimentaire et notre transition vers des sources d'énergie plus propres sans sacrifier les terres arables, surtout si nous pouvons convertir les terres actuellement utilisées pour la culture de plantes destinées aux biocarburants en terres pour la production alimentaire humaine réelle ou la reforestation.

J'ai également demandé à mon collègue fan d'AgroSolar, Lukas, sur Twitter, de partager quelques réflexions sur les contraintes, et voici ce qu'il en est :

• Bonne gestion du ruissellement des eaux. Par exemple, des gouttières automatiques nettoyables pour les fortes pluies, d'une capacité suffisante aux avant-toits menant à des réservoirs de stockage pour l'irrigation.
• Base de données sur ce qui pousse bien avec l'agrosolaire : La question de la base de données ne concerne pas tant la physique, mais elle est importante car toutes les cultures ne poussent pas mieux avec un soleil moins intense. C'est beaucoup moins effrayant pour les agriculteurs.

Collaborations avec des solutions de stockage tampon semi locales de power to gas : La technologie complémentaire de power-to-gas conteneurisée sans étanchéité de surface peut être une bonne option modulairement évolutive. Pour pousser finalement l'agrosolaire au-delà de ce que j'appellerais la "barrière du prix de l'électricité négative du pic solaire". Cette barrière est déjà présente un peu et pourrait s'aggraver sévèrement bientôt.

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Foire Aux Questions

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• Fraunhofer Institute (2023) - Recherche montrant que 4 % des terres agricoles peuvent couvrir les besoins énergétiques de l'Allemagne.
• AgroSolar Europe - Land Use Efficiency up to 186% (2023) - Données de l'entreprise sur les systèmes de double production atteignant une efficacité d'utilisation des terres de 186 %.
• Expert Insights on Agrivoltaic Constraints (2023) - Commentaires d'experts sur les défis techniques et pratiques de l'agrivoltaïsme.
• BayWa AG (2023) - Étude de cas d'une ferme de framboises de 2 MW avec 50 % d'irrigation en moins.