Une nouvelle méthode pour modéliser les systèmes agrivoltaïques dans les serres

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D’après pv magazine international.

En Espagne, des chercheurs de l’université de Jaén ont étudié le potentiel de l’agrivoltaïque pour les serres dans les régions où les cultures sous serre sont importantes. Ils ont mis au point un modèle à deux volets qui, selon eux, permet de dimensionner correctement le projet, afin d’assurer une production d’électricité solide et un rendement élevé des cultures.

« Notre modèle est applicable à tous les types de serres », a déclaré le chercheur Eduardo F. Fernández à pv magazine. « Nous pourrions simplement régler l’angle d’inclinaison du module et la surface pour évaluer de manière spécifique la serre. »

Pour la modélisation initiale, les chercheurs ont pris en compte les modules solaires semi-transparents en silicium cristallin (c-Si).

« Ces panneaux présentent toutefois des irrégularités qui affectent la croissance des cultures », explique Eduardo F. Fernández. « Pour résoudre ce problème, nous étudions de nouvelles technologies de couches minces transparentes comme le silicium amorphe (a-Si), le tellurure de cadmium (CdTe), la pérovskite et les panneaux à colorant. Le PV organique transparent est également prometteur car sa transmittance spectrale peut être facilement ajustée pour s’adapter à la bande d’absorption spectrale spécifique des cultures. » Il a affirmé que les panneaux PV organiques et à couche mince sont flexibles et légers et qu’ils seront plus faciles à intégrer que les produits à base de c-Si.

« Actuellement, on étudie également la technologie de concentration solaire pour sa capacité à atteindre des rendements supérieurs et à améliorer la qualité de la lumière qui tombe sur les plantes grâce à l’utilisation d’éléments optiques », a-t-il ajouté. « En ce sens, différentes configurations optiques sont étudiées pour concentrer la lumière sur de petits panneaux solaires c-Si ou multi-jonction, tandis que la lumière diffuse est transmise aux cultures. »

Dans leur article intitulé « Global energy assessment of the potential of photovoltaics for greenhouse farming » (évaluation énergétique globale du potentiel du photovoltaïque pour l’agriculture en serre), publié récemment dans Applied Energy, les chercheurs expliquent que la nouvelle modélisation examine deux données principales : l’énergie générée par le système photovoltaïque et le taux de photosynthèse des cultures sur une période donnée en fonction de la transparence du système photovoltaïque. Elle repose par ailleurs sur trois sous-modèles qui prennent en compte la large bande et le contenu spectral de l’irradiation, la technologie des cellules solaires et ses paramètres de performance, ainsi que la relation entre le taux de photosynthèse et le flux photonique effectif qui parvient aux cultures.

« De cette façon, le modèle est générique et peut être adapté à n’importe quelle culture, à n’importe quel endroit et aux principales technologies photovoltaïques semi-transparentes », ont déclaré les chercheurs.

Ils ont considéré cinq grandes familles de cultures dans l’étude – Cucurbitaceae, Fabaceae, Solanacae, Poaceae et Rosaceae – pour les lieux suivants : El Ejido (Espagne), Pachino (Italie), Antalya (Turquie) et Vicente Guerrero (Mexique). « Nous n’avons pris en compte que les lieux au climat aride ou semi-aride et tempéré », ont-ils précisé. « Les conclusions de ce travail sont représentatives des endroits où la pénétration des serres est élevée et où les conditions sont favorables à la mise en œuvre de la technologie photovoltaïque. »

Les chercheurs ont estimé que le système photovoltaïque optimal adapté à une utilisation pour les serres devrait être un ensemble de modules capable de réduire le taux de photosynthèse net annuel de 10 % au maximum et qui n’a qu’un impact marginal sur le rendement des cultures. Le système doit également avoir un facteur de transmission spectrale totale (TRF) de 0,68.

« Plus faible est le flux de photons auquel les cultures atteignent leur taux de photosynthèse maximal, plus faible sera le TRF, et donc plus grande sera la capacité photovoltaïque », précisent les scientifiques. « Nous avons également constaté que plus la ressource solaire est élevée, plus le TRF est faible. »

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