Une conception novatrice d’installation pour l’agrivoltaïque

Un groupe de chercheurs de l’Université des Sciences et Technologies de Chine a mis au point une conception spéciale pour les projets agrivoltaïques qui, par rapport à d’autres approches, est censée réduire l’effet d’ombrage de l’installation photovoltaïque et améliorer l’environnement lumineux des cultures ainsi que le processus de croissance, le rendement et la qualité des cultures.

« Le coût d’un tel système est 10 % supérieur à celui d’un projet agrivoltaïque conventionnel, mais l’augmentation du rendement des cultures assurée par la gestion optimisée de l’éclairage compenserait cet investissement légèrement plus élevé », a déclaré Jan Ingenhoff, coauteur de la recherche, à pv magazine.

En termes de faisabilité économique, un système développé avec l’approche proposée devrait être construit à un coût d’environ 715 € par kW installé et à un coût annuel pour la maintenance d’environ 6,5 € par kW.

Verre

Nommée Even-lighting Agrivoltaic System (EAS), cette nouvelle méthodologie conceptuelle consiste à utiliser des supports métalliques comme structures de montage, des panneaux solaires classiques et une plaque de verre rainurée placée entre les panneaux solaires. Cette dernière occupe une surface qui représente un tiers de la surface de réception de la lumière de l’ensemble du système. « Avec l’installation de la plaque de verre, la densité des réseaux de panneaux PV est identique à celle des centrales photovoltaïques classiques et très proche de la conception optimale pour la production d’énergie », ont affirmé les scientifiques.

Selon Jan Ingenhoff, tout verre ordinaire ayant un coefficient de transmission élevé peut être utilisé, car il n’y a pas d’exigences particulières, et le verre de silicate ainsi que le verre ultrablanc peuvent parfaitement convenir.

Les supports métalliques sont placés sur des colonnes suffisamment hautes pour permettre la croissance de plantes hautes et l’utilisation de grosses machines agricoles. L’angle

d’inclinaison optimal des modules a été déterminé à 23 degrés, ce qui, selon le groupe de recherche, constitue un bon compromis entre la production d’électricité et les coûts de construction.

Appareils d’essai

Les scientifiques ont d’abord calculé et simulé optiquement la conception de la plaque de verre rainurée, puis ont construit un premier projet pilote agrivoltaïque de 35 kW dans la ville de Fuyang, dans la province chinoise d’Anhui. Des légumes courants tels que la laitue, le brocoli, les pousses d’ail, l’ail, le colza et le topinambour, entre autres, ont ensuite été plantés.

Un deuxième système pilote a été déployé plus récemment dans la ville de Hefei, dans la même province chinoise.

Le système EAS a permis d’améliorer les conditions de croissance de certaines plantes. La récolte de topinambours a p. ex. augmenté de plus de 20 %. Cela peut s’expliquer par une meilleure rétention de l’humidité du sol dans la zone de l’installation, ou par le fait que la plante peut rester en photosynthèse entre 11 h et 14 h les jours de bon ensoleillement, ce qui correspond généralement à un état de dormance pour la plante à l’extérieur, car la photosynthèse des feuilles atteint un maximum en fin de matinée.

Pour les deux installations, la hauteur à laquelle étaient placés les panneaux solaires était de 2,5 mètres. Certaines des plantes ont également poussé sous le système équipé de lampes LED supplémentaires alimentées par les panneaux solaires, qui ont fourni aux plantes un temps de lumière supplémentaire de deux heures chaque jour par rapport aux autres traitements.

Rendement

« Les avantages économiques globaux du système EAS comprennent les coûts d’installation et de maintenance, les avantages liés à la production d’électricité ainsi que les avantages liés à la récolte des cultures », ont expliqué les chercheurs universitaires. « Pour évaluer précisément les avantages globaux de la plantation de différentes cultures, nous avons pris en compte le temps nécessaire pour planter les différentes cultures et la quantité d’électricité produite par les panneaux photovoltaïques pendant la croissance des cultures ».

D’après leurs mesures, l’utilisation de la plaque de verre rainurée transparente a augmenté de 47,38 % l’irradiation recueillie par les cultures en une journée par rapport à un système conventionnel, et le rendement du topinambour, qui a besoin d’au moins six heures de soleil par jour, a augmenté de 23 %.

En incluant la production d’énergie solaire, le système a permis de multiplier par 5,14 le revenu moyen d’un agriculteur et d’obtenir un ratio d’équivalence des terres (LER) élevé – la mesure de la productivité et de l’efficacité des cultures intercalaires. Le système a également amélioré les avantages économiques sur les terres agricoles par hectare.

« Sous le système EAS, les cultures ont poussé rapidement, et le rendement était similaire ou supérieur à celui de l’état naturel », a noté le groupe chinois. « En ajoutant des lampes LED supplémentaires dans l’EAS, la teneur en sucre soluble de la laitue a augmenté de 72,14 %, et la teneur en nitrate de la laitue a diminué de 21,51 % ».

Vous trouverez des détails supplémentaires sur la conception de ce système dans l’article Increasing the comprehensive economic benefits of farmland with Even-lighting Agrivoltaic Systems publié dans Plos One.