Agro-photovoltaïque : le mariage réussi de l’agriculture et du solaire

L’Institut Fraunhofer pour les systèmes énergétiques solaires (ISE) de Fribourg-en-Brisgau, en Allemagne, vient de développer un concept appelé « agro-photovoltaïque ». Celui-ci permet la production d’énergie photovoltaïque sur des terres cultivables, sans impacter l’agriculture. Une solution prometteuse pour toute région manquant d’espace, mais refusant de devoir choisir entre manger… ou s’éclairer !

L’idée d’associer le monde de l’énergie et de l’agriculture n’est pas nouvelle. Dès 1981, un certain professeur Adolf Goetzberger publiait cet article au nom poétique : « Pommes de terre sous le collecteur ». Pourtant, aujourd’hui, cette idée s’est surtout concrétisée par des “parcs agri-solaires”, où cohabitent moutons et panneaux solaires – comme le projet d’Ortaffa, dans les Pyrénées.

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Les moutons entretiennent le parc, et profitent en retour de l’ombre des panneaux solaires

La communauté agricole Demeter de Heggelbach en Allemagne, a inauguré le 18 septembre, une ferme solaire agrophotovoltaïque de 194,4 kWc. Il s’agit d’un projet pilote conçu pour démontrer la faisabilité et la viabilité du couple agriculture et production d’énergie sur un même espace. Cette expérimentation d’agrophotovoltaïque est le résultat d’un projet intitulé APV-Resola, dont le lancement concret remonte à mars 2015. Il se base sur un constat simple : le coût des systèmes photovoltaïques dans les zones ouvertes est en baisse constante depuis des années. Les installations de grandes tailles devraient donc être rentables selon les experts d’ici 5 à 8 ans, soit en 2020 ou 2022, sans le soutien financier du gouvernement.

Afin d’optimiser les rendements de ce projet, l’installation de 0.5 ha est composée des panneaux solaires bifaces. Les cellules solaires bifaces captent à la fois le rayonnement solaire direct arrivant sur la face avant, mais aussi le rayonnement réfléchi par la face arrière. « Nous avons actuellement un rendement supérieur de 8 % à celui des panneaux traditionnels. Nous sommes satisfaits de ce résultat », se réjouit Stephan Schindele, chef de projet à l’ISE.

Apprenez-en plus sur le fonctionnement des panneaux solaires

Quelles récoltes utilisées pour l’agrophotovoltaïque ?

Pour découvrir quels types de récoltes sont adaptés à la production agro-photovoltaïque, les chercheurs cultivent une partie de leurs légumes sous des panneaux photovoltaïques, tandis que l’autre partie est cultivée sans.

Les panneaux solaires sont posés sur des armatures surélevées, afin de permettre le passage des engins agricoles. L’espace entre panneaux est plus important que sur des champs photovoltaïques habituels, afin de laisser passer suffisamment de lumière pour la photosynthèse. Reste à choisir les légumes préférant pousser à l’ombre : les pommes de terre et les épinards en feraient partie, selon certains experts. D’autres espèces comme le colza, les petits pois ou les asperges sont réputées indifférentes à l’ombrage. Le maïs et le blé, en revanche, sont vraiment accros aux rayons du Soleil !

Récolte simultanée et optimisation de l’espace

Les ingénieurs de l’ISE estiment le potentiel d’agro-photovoltaïque entre 25 et 50 GWc pour l’Allemagne. Le concept très prometteur permettrait de mettre un terme à la compétition pour l’usage des sols entre valorisation énergétique (biomasse, bioéthanol pour les carburants, photovoltaïque) et production alimentaire. Des tests seront menés jusqu’en mars 2019 afin d’étudier la rentabilité du concept. Le compte-rendu d’expérimentation devrait être disponible en juin 2019 et permettre de fournir un guide susceptible de servir de modèle d’innovation pour des agriculteurs et des énergéticiens, pour la construction de futurs systèmes agrophotovoltaïques.

Cumuler les usages des sols permettrait de répondre à un enjeu majeur du XXIe siècle : subvenir aux besoins énergétiques d’une population mondiale en forte croissance, sans compromettre sa capacité à s’alimenter. On se souvient des débats sur les biocarburants, accusés de faire monter les cours mondiaux des denrées alimentaires, au nom d’une mobilité « verte ». 

Projet pilote agro-photovoltaïque allemand lac constance panneaux solaires sur armatures surélevées
Le projet-pilote allemand, situé près du lac de Constance

Agrophotovoltaïque, polémique et avenir

L’industrie solaire n’est malheureusement pas à l’abri de telles critiques. Ainsi, aux Etats-Unis, les entreprises louent des parcelles agricoles pour trois fois leur prix, afin d’y poser des panneaux solaires. Depuis 2013, ce sont par exemple plus de 3 000 hectares qui ont changé d’utilisation en Caroline du Nord. L’utilisation des sols est aussi un vrai enjeu en France, où la pression de l’urbanisation et la course à la rentabilité causent la perte de 26m2 de terres agricoles chaque seconde. D’où l’intérêt d’une alternative qui ne met pas en compétition la production énergétique et la production alimentaire !

Ainsi, dans les régions ensoleillées du Moyen-Orient, la production d’énergie solaire est particulièrement bon marché et pourrait remplacer les générateurs diesel qui alimentent les pompes à eau agricoles. L’ombre générée par les installations solaires pourraient aussi offrir de nouvelles possibilités de production agricole.

Au Japon, les agriculteurs de la préfecture de Fukushima se tournent également vers l’ agro-photovoltaïque. Les panneaux solaires sont installés sur les terres agricoles, et les agriculteurs peuvent réinvestir l’argent tiré de la vente d’électricité. Ils améliorent ainsi la rentabilité de leurs exploitations, et peuvent couvrir en partie les pertes liées à la récente catastrophe nucléaire.

Vous l’aurez compris, le couple harmonieux formé par l’agriculture et l’énergie solaire n’en est qu’à ses débuts ! Reste à savoir, précisément, quel peut être le rendement – à la fois en énergétique et alimentaire – de ces exploitations hybrides. Les chercheurs ont émis l’hypothèse que les systèmes agro-photovoltaïques auraient un meilleur rendement énergétique, et distribueraient mieux la lumière du Soleil vers les plantations. Ils en auront le cœur net à l’occasion des prochaines récoltes de 2017 et 2018 sur le site allemand de l’ISE, dont le rendement sera analysé de très près.

 

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