Nouveau modèle pour évaluer les effets de l’ombrage des panneaux dans les projets agrivoltaïques

D’après pv magazine International

Une équipe de recherche italo-suédoise a étudié l’impact de l’ombrage créé au niveau du sol sur différentes configurations de systèmes agrivoltaïques, ce qui, selon les scientifiques, est nécessaire pour des estimations précises du rendement des cultures.

Leurs conclusions sont décrites dans l’étude “Direct and diffuse shading factors modelling for the most representative agrivoltaic system layouts“, publiée dans Applied Energy. L’équipe est composée d’universitaires de l’université de Mälardalen en Suède et de l’Università Cattolica del Sacro Cuore en Italie.

Ils ont noté que les recherches précédentes s’intéressaient principalement à l’évaluation de l’impact de l’ombrage sur la production de modules solaires ou sur la distribution de l’irradiation horizontale globale (GHI), alors que leur étude vise principalement à analyser les effets de l’ombrage sur le rayonnement photosynthétiquement actif (PAR) et sur le rendement des cultures. Le PAR est le rayonnement dont les longueurs d’onde s’étendent de 400 à 700 nm que les organismes photosynthétiques peuvent utiliser dans le processus de photosynthèse.

« Le modèle développé peut être utilisé comme point de départ pour estimer avec précision les rendements des cultures à n’importe quel endroit dans le cadre des systèmes agrivoltaïques les plus courants, expliquent les chercheurs. Il prend en compte la partie agricole des systèmes agrivoltaïques et peut être intégré aux modèles de puissance photovoltaïque existants pour analyser le rendement des cultures et la production d’énergie ».

Comparaisons avec PVsyst et SketchUp

À l’aide du logiciel Matlab, les scientifiques ont créé un modèle qui prend en compte trois configurations différentes de systèmes agrivoltaïques : avec des structures fixes, avec des suiveurs à un axe et avec des systèmes de suivi à deux axes. Ils ont ensuite utilisé les logiciels PVsyst et SketchUp pour valider les facteurs d’ombrage du modèle proposé, affirmant que les deux outils seuls ne sont pas en mesure de calculer les facteurs d’ombrage des faisceaux et des zones diffuses au sol.

Le groupe a testé le modèle sur trois sites différents en Europe : Lanna en Suède, Estrées-Mons (Somme) en France et Klingenberg en Allemagne. Il a calculé le PAR en le décomposant en ses composantes directe et diffuse. « Cette décomposition du PAR est essentielle dans les systèmes audiovisuels en raison des ombres variables causées par les panneaux sur les cultures, ce qui crée une distribution non homogène du PAR et du PAR diffus au cours de la journée », explique l’étude.

Les tests ont montré, selon les scientifiques, que le modèle proposé présentait une « grande précision » par rapport à PVsyst et SketchUp. « L’homogénéité de la lumière et la réduction du PAR peuvent varier de manière significative en fonction des configurations du système agrivoltaïque de 86 % à 95 % et de 11 % à 22 %, respectivement, ont-ils expliqué. Le système à deux axes a montré la plus grande homogénéité lumineuse et la plus faible réduction annuelle de PAR à Lanna. L’indice d’homogénéité de la lumière était de 95,15 % et la réduction annuelle de PAR de 11,01 % ». Les chercheurs ont souligné que le modèle pouvait être facilement adapté à d’autres types d’agencements de systèmes photovoltaïques.

D’autres chercheurs de l’université de Mälardalen ont récemment étudié les moyens d’optimiser les rendements électriques des installations agrivoltaïques dotées de modules photovoltaïques bifaciaux montés verticalement. Ils ont développé un modèle d’optimisation technico-économique qui décrit les paramètres de conception idéaux pour un système photovoltaïque vertical en combinant des données climatologiques avec des chiffres sur la production d’énergie solaire attendue, la répartition de l’ombrage, l’eau pour l’irrigation et le rendement agricole.

D’autres scientifiques de l’Università Cattolica del Sacro Cuore ont également étudié récemment différents traitements d’ombrage sur le soja cultivé sous un système agrivoltaïque surélevé à Monticelli d’Ongina, en Italie.