Effet des systèmes agrivoltaïques à axe unique sur les prairies non irriguées

D’après pv magazine International

Des scientifiques de l’Université d’État du Colorado étudient actuellement la manière dont la redistribution des précipitations et de la lumière entraînée par les systèmes agrivoltaïques montés sur des trackers à axe unique peut influer sur la croissance des prairies non irriguées. Cette étude s’inscrit dans le cadre du projet Sustainably Colocating Agricultural and Photovoltaic Electricity System (SCAPES), financé par le ministère américain de l’Agriculture.

Matthew Sturchio et son équipe mènent leurs travaux de recherche sur le Jack’s Solar Garden, un « jardin solaire » communautaire de 1,2 MW situé à Boulder, dans le Colorado. Mis en place en 2020, le projet comporte plus de 3 200 modules PV monocristallins de 380 W provenant du fabricant Boviet Solar, installé au Vietnam. Les panneaux sont montés sur des trackers à axe unique, dont un tiers se situent à 2,4 m de hauteur, le reste à 1,8 m.

Le Colorado affiche un climat semi-aride, avec de fortes précipitations et des températures avoisinant les 35 °C l’après-midi (environ 22 °C le matin). Les trackers s’orientent à l’est le matin, et à l’ouest l’après-midi, en suivant le soleil. Lorsqu’il pleut, ce mouvement simule des conditions de précipitations importantes de chaque côté des panneaux, avec davantage d’eau qui s’écoule côté ouest en raison des volumes de pluie plus importants l’après-midi.

« Nous avons observé qu’à l’aplomb des bords des modules, à l’endroit où la pluie s’écoule, suivant si le panneau est orienté à l’est ou à l’ouest au moment des précipitations, on peut mesurer entre deux et cinq fois la quantité de précipitations qui tombe à un point donné, explique Matthew Sturchio, doctorant, à pv magazine. Pour vous faire une idée pour le Colorado, cela équivaut à passer de 350 mm à 1 200 mm de précipitations par an. Cela permet d’augmenter considérablement la quantité d’eau retenue dans le sol sur toute la saison, au lieu de la laisser s’évaporer ».

L’ombre des panneaux solaires augmente la productivité.

L’équipe de chercheurs s’attendait donc à ce que la productivité de la prairie soit plus élevée au niveau de l’écoulement à l’ouest. Or, ils ont observé une croissance plus importante de la prairie sur le côté est, où l’humidité du sol est inférieure.

Ils ont placé des capteurs d’humidité sur le sol et remarqué qu’une bande de 40 cm par 60 cm bénéficiait de l’humidité accrue provenant de l’égouttement des bords des panneaux. Des essais ont montré que la température et la sécheresse de l’air avaient également des répercussions sur la productivité, sur cette bande et en dehors.

D’après Matthew Sturchio, la température optimale pour les pâturages du Jack’s Solar Garden est bien plus proche de 30 °C que des 35 °C enregistrés l’après-midi. « Si vous dépassez les 30 °C, vous réduisez la quantité de photosynthèse que la plante est capable de réaliser », dit-il.

L’équipe a conclu que les températures plus faibles et la sécheresse de l’air moins importante le matin compensaient l’humidité du sol réduite et entraînaient une productivité accrue du côté est. En outre, il s’est avéré que l’ombre apportée par les panneaux solaires augmente aussi la productivité.

« On pourrait imaginer que les pâturages sont parfaitement adaptés à un afflux de lumière très important tout au long de la journée, poursuit Matthew Sturchio, mais nous avons pu observer que l’ombre apportée par les panneaux solaires pendant la moitié de la journée permettait d’améliorer l’efficacité de la photosynthèse. On obtient alors des taux de photosynthèse plus élevés lorsque le soleil est là, car la photopériode est plus courte. »

De plus, une photopériode plus courte réduit l’évapotranspiration des feuilles, ce qui limite la quantité d’eau perdue. Selon Matthew Sturchio, ce point pourrait se révéler crucial pour maintenir la productivité des prairies en période de sécheresse. L’équipe espère mettre cette hypothèse à l’épreuve si le Colorado connaît un épisode de sécheresse dans le futur. Ils ont en outre observé que les feuilles des plantes situées sous les panneaux solaires étaient plus fraîches de 4 °C. « Un grand nombre de plantes peuvent bénéficier d’une telle baisse de la température en plein cœur de l’été dans le Colorado », remarque Matthew Sturchio.

Dans l’ensemble, la conception actuelle entraîne une diminution de 9 % de la production d’herbe, essentiellement due à l’espace situé directement sous les panneaux solaires. Matthew Sturchio estime néanmoins que les bénéfices économiques tirés de la production d’électricité compensent largement cette légère baisse de rendement. « Toutefois, si l’on espaçait les panneaux solaires de 15 mètres, on obtiendrait une hausse de 6 % de la productivité sur une année humide », affirme-t-il.

Traduction assurée par Christelle Taureau.