L’impact de l’agrivoltaïsme sur la culture de la pomme de terre

D’après pv magazine International

Des chercheurs de l’Université de Florence, en Italie, ont analysé l’impact d’une installation agrivoltaïque sur la culture de la pomme de terre au moyen d’un cadre de modélisation combinant la production d’électricité photovoltaïque, une cartographie de l’ombrage à haute résolution, un modèle de croissance de la biomasse fondé sur les processus biologiques et une analyse économique.

« Dans cet article, nous n’avons pas mené de campagne de mesures de terrain dédiée avec des pyranomètres ou des capteurs PAR sous les rangées sur un système réel pour l’étude de cas, a déclaré l’auteur correspondant de l’étude, Andrea Ademollo, à pv magazine. À la place, l’ombrage a été modélisé à l’aide d’une approche géométrique déterministe à intervalles de 5 minutes, fondée sur la géométrie du système et la position du soleil. Cette méthode garantit la cohérence physique, car elle prend en compte les variations d’emprise liées à l’inclinaison, à l’azimut et à la géométrie solaire, tout en offrant une haute résolution spatiale ».

« La cohérence indirecte du protocole a été vérifiée en comparant les réductions de rendement modélisées avec des données expérimentales publiées dans la littérature concernant des pommes de terre cultivées sous climat tempéré européen à des niveaux d’ombrage similaires. En outre, les rendements en plein champ ont été comparés aux références nationales », a-t-il ajouté.

Dans l’étude intitulée « Agrivoltaïsme sous contraintes réglementaires en Italie : une étude de cas sur la pomme de terre reliant l’ombrage, la culture et l’économie », récemment publiée dans la revue Applied Energy, Ademollo et ses collègues ont analysé une centrale agrivoltaïque surélevée de 1 MW installée sur un champ de pommes de terre à Sesto Fiorentino, près de Florence. Le système simulé était supposé occuper 40 % du site et utiliser des modules monocristallins de 2 m × 1 m, d’un rendement de 19 % et d’une puissance de 400 W, montés à 3 m au-dessus du sol avec une inclinaison de 30° et un espacement de 5 m entre les rangées.

L’équipe a réalisé des simulations d’ombrage à haute résolution toutes les 5 minutes, avec une résolution spatiale de 13 cm × 6,5 cm, et a analysé 18 années de données météorologiques couvrant la saison de culture, du 1er mars (semis) à la maturité physiologique, afin d’évaluer les rendements à long terme des pommes de terre sous système agrivoltaïque et sous une installation photovoltaïque conventionnelle au sol servant de référence.

Baisse de rendement et de l’évapotranspiration

Les résultats montrent que l’irradiance directe sous les panneaux peut diminuer jusqu’à 55 % pendant la saison de culture, entraînant des rendements de pommes de terre inférieurs d’environ 15 % à ceux obtenus en pleine lumière. Toutefois, un ombrage modéré en début de saison retarde l’assèchement du sol, prolonge l’accumulation de biomasse et améliore l’efficacité de l’utilisation de l’eau.

« Avec une radiation réduite, le sol et le couvert végétal se réchauffent moins, ce qui diminue la demande évaporative, explique Andrea Ademollo. En conséquence, les plantes perdent moins d’eau qu’en plein champ. Un stress hydrique plus faible prolonge le cycle de production : les plantes subissent des conditions stressantes plus tardivement, conservent plus longtemps un bon statut hydrique, ce qui retarde la sénescence et prolonge la période durant laquelle la culture intercepte le rayonnement et accumule de la biomasse. »

Il ajoute : « Un ombrage modéré peut être bénéfique en réduisant le stress hydrique, tandis qu’un ombrage intense ou prolongé limite généralement la photosynthèse et réduit le rendement. Dans notre étude de cas, une zone “modérément ombragée” a montré une légère augmentation locale du rendement, mais à l’hectare, les rendements agrivoltaïques moyens restent inférieurs à ceux du plein champ. »

Les simulations indiquent également un coefficient d’équivalence des terres (Land Equivalent Ratio) de 1,58, reflétant une efficacité substantielle de l’utilisation des sols. L’analyse technico-économique a montré que le système agrivoltaïque présentait un coût actualisé de l’énergie de 0,084 €/kWh, contre 0,061 €/kWh pour une installation photovoltaïque conventionnelle au sol sur le même site.

Sur des terres agricoles abandonnées avec 70 % d’autoconsommation électrique, l’installation agrivoltaïque atteignait un taux de rentabilité interne de 13 % (retour sur investissement en 10 ans), contre 21 % (retour sur investissement en 6 ans) pour le photovoltaïque au sol. Sur des terres agricoles exploitées, la réduction des pertes de revenus agricoles contribuait à réduire cet écart.

« Lorsque l’autoconsommation est faible, une plus grande part de l’électricité est vendue au réseau à des tarifs plus bas, ce qui réduit la rentabilité, conclut Andrea Ademollo. Notre analyse montre que le passage d’un niveau élevé à un niveau faible d’autoconsommation dégrade sensiblement les indicateurs de performance et allonge la période de retour sur investissement ». Les recherches futures devraient intégrer un sous-module de micrométéorologie afin de mieux prendre en compte les températures de l’air et du sol sous les panneaux.

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