Au cours des deux dernières années, la double utilisation des terres pour la récolte de l’électricité solaire et de l’agriculture a été testée dans le cadre du projet conjoint «Agro-photovoltaïque – Utilisation efficace des sols (APV-RESOLA)». Avec des résultats probants !
Non loin du lac de Constance en Allemagne, des modules photovoltaïques d’une puissance totale de 194 kilowatts sont installés sur une structure haute de cinq mètres depuis u peu plus de deux ans. Les résultats de 2017 ont montré une efficacité d’utilisation des sols de 160%, comme l’a confirmé le consortium du projet sous la direction de l’Institut Fraunhofer pour les systèmes d’énergie solaire ISE. Les performances du système agro-photovoltaïque durant l’été très chaud de 2018 ont largement dépassé cette valeur.
L’agro-photovoltaïque a la patate
L’ombrage partiel sous les modules photovoltaïques a amélioré le rendement agricole et l’été, riche en soleil, a augmenté la production d’électricité solaire. En 2018, les agriculteurs de Heggelbach, une communauté agricole de Demeter, ont réussi à obtenir leur deuxième récolte annuelle du système agro-photovoltaïque. Quatre types de cultures ont été cultivés: blé d’hiver, pommes de terre, trèfle et céleri. En 2018, les rendements de trois des quatre cultures cultivées dans le système agro-photovoltaïque étaient supérieurs au rendement de référence. Les rendements des cultures de céleri ont été les plus avantagés par le système, avec un gain de 12% par rapport à la référence. Le blé d’hiver a enregistré un gain de plus 3% et le trèfle de moins 8%. «Sur la base du rendement en pommes de terre de 2018, l’efficacité d’utilisation des terres est passée à 186% par hectare avec le système agro-photovoltaïque», déclare Stephan Schindele de Fraunhofer ISE.
Outre le développement du portefeuille, le rendement et la qualité des cultures, des scientifiques de l’Université de Hohenheim ont recueilli des données sur les conditions climatiques du système APV ainsi que sur le champ de référence voisin. L’irradiation solaire sous le système APV était d’environ 30% inférieure à celle du champ de référence. En plus de la quantité d’irradiation solaire, le système APV affecte la distribution des précipitations et la température du sol. Au printemps et en été, la température du sol sous le système APV était inférieure à celle du champ de référence; la température de l’air était identique. Au cours de l’été 2018, chaud et sec, l’humidité du sol dans la culture de blé était supérieure à celle du champ de référence, tandis qu’elle était inférieure, au cours des mois d’hiver, comme pour les autres cultures. «Nous pouvons supposer que l’ombre sous les modules solaires semi-transparents a permis aux plantes de mieux supporter les conditions chaudes et sèches de 2018», explique le spécialiste de l’agriculture, Andrea Ehmann. “Ce résultat montre le potentiel d’APV dans les régions arides, mais aussi la nécessité de procéder à de nouveaux essais dans d’autres régions climatiques et avec d’autres types de cultures”, ajoute son collègue Axel Weselek.
Effet de synergie pour l’agriculture, la mobilité électrique en ligne de mire
En 2018, l’irradiation solaire a atteint 1319,7 kilowattheures par mètre carré, soit une augmentation de 8,4% par rapport à l’année précédente. La production d’énergie du groupe APV a augmenté de 2%, pour atteindre 249 857 kWh, ce qui correspond à un rendement spécifique extraordinaire de 1285,3 kWh / kWp. Les coûts de production d’électricité d’un système APV sont aujourd’hui compétitifs par rapport à un petit système photovoltaïque sur le toit. Les chercheurs prévoient de nouvelles réductions de coûts grâce aux économies d’échelle et aux effets d’apprentissage.
Si l’électricité est stockée et utilisée sur le site, comme dans la communauté agricole de Heggelbach, des sources de revenus supplémentaires apparaissent en raison des effets de synergie. D’une part, l’utilisation de véhicules électriques dans l’agriculture est en hausse. Il y a deux ans, les fabricants de machines agricoles Fendt et John Deere ont présenté les premiers tracteurs fonctionnant entièrement à batterie. «Lorsque la politique le permet, l’agro-photovoltaïque peut apporter une réponse au débat sur« l’alimentation ou le combustible ». Du point de vue technique, les agriculteurs peuvent exploiter les deux. Grâce à la double utilisation des terres arables, la tâche principale de la production alimentaire est remplie. La production d’électricité solaire supplémentaire contribue à l’expansion de la mobilité électrique et à la protection du climat », a déclaré Stephan Schindele de Fraunhofer ISE.
Potentiel pour les régions arides
Les résultats de l’été 2018 démontrent l’énorme potentiel de l’agro-photovoltaïque pour les zones climatiques arides. Les cultures et le bétail peuvent bénéficier de l’ombre donnée par les modules PV. Fraunhofer ISE travaille déjà sur plusieurs projets visant à transférer la technologie vers des pays en développement, ainsi que vers de nouvelles applications. Une étude pilote réalisée par Fraunhofer ISE pour l’État indien de Maharashtra a montré que des effets d’ombrage et une moindre évaporation entraînaient des rendements jusqu’à 40% supérieurs pour les cultures de tomates et de coton. «Dans certains cas, l’efficacité de l’utilisation des sols dans la région est presque doublée», explique Max Trommsdorff de Fraunhofer ISE, responsable du projet. Dans le cadre du programme européen Horizon 2020, les chercheurs de Fraunhofer travaillent avec des partenaires algériens pour tester les effets des systèmes APV sur le bilan hydrique. Outre la réduction de l’évaporation et des basses températures, la récupération de l’eau de pluie avec des modules PV joue également un rôle.
Le projet APV-RESOLA a été financé par le ministère fédéral allemand de l’Éducation et de la Recherche et le FONA (recherche pour le développement durable). Les partenaires du projet commun sont: Fraunhofer ISE, BayWa r.e. Solar Projects GmbH, Electrizitätswerke Schönau, la coopérative agricole Demeter Heggelbach, l’Institut de technologie de Karlsruhe, l’association régionale de Bodensee-Souabe Supérieur et l’Université de Hohenheim.
Encadré
La conférence de clôture APV-RESOLA le 6 mai 2019 à Berlin
Les résultats du projet APV-RESOLA et d’autres projets en Allemagne seront présentés et discutés avec des représentants de la politique, des ministères et des organisations. Les opportunités et les problèmes liés à la mise en Å“uvre locale de PV et d’APV ainsi qu’à l’entrée sur le marché d’APV en Allemagne seront abordés.
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