D’après pv magazine International
Des scientifiques de l’université Mälardalen, en Suède, ont proposé une approche visant à améliorer les ratios d’équivalence foncière (Land Equivalent Ratio, LER) dans les installations agrivoltaïques européennes. Le LER est un concept agricole mesurant l’efficacité des cultures associées. Il indique la surface nécessaire en monoculture pour obtenir le même rendement qu’en usage combiné. En agrivoltaïsme, il est essentiel car il permet de quantifier le compromis entre l’ombrage des panneaux solaires et la croissance des cultures, tout en intégrant la production d’électricité. Leurs travaux ont été publiés sous le titre « Optimisation des systèmes agrivoltaïques au sein du nexus eau-énergie-alimentation » dans la revue Journal of Cleaner Production.
« La performance agrivoltaïque dépend fortement du contexte, déterminé par les interactions entre climat local, choix des cultures et conception du système, explique Sebastian Zainali, auteur principal de l’étude. Les cultures tolérantes à l’ombre peuvent bénéficier de configurations photovoltaïques plus denses, tandis que celles sensibles à la lumière nécessitent un espacement plus large et des dispositions différentes. Les systèmes agrivoltaïques ne peuvent donc pas être déployés comme des solutions standardisées : ils doivent être adaptés à chaque culture et à chaque site. »
Il ajoute : « Les contraintes réglementaires influencent fortement les conceptions réellement viables. Des politiques plus flexibles et tenant compte du climat permettent une bien meilleure efficacité d’usage des terres que des seuils rigides. Il n’existe pas de système optimal unique : la conception varie selon que l’on privilégie l’eau, l’énergie ou l’alimentation. Modifier ces priorités change fondamentalement la géométrie optimale, y compris l’espacement des rangées, le type de système et l’orientation des panneaux. »
Trois sites européens analysés
La méthodologie a été appliquée à trois sites : Kärrbo Prästgård (Suède), Jeggeleben (Allemagne) et Piacenza (Italie), dans des contextes climatiques et réglementaires différents. Les chercheurs ont utilisé la plateforme Agri-OptiCE, combinant modèle d’ombrage solaire, modèle de performance photovoltaïque bifacial et modèle de croissance des cultures et microclimat, reliés par un algorithme d’optimisation multi-objectif. Un algorithme génétique multi-objectif a identifié les conceptions optimales, évaluées via le LER et l’évapotranspiration cumulée (ET), indicateur clé reliant usage de l’eau, microclimat et performance photovoltaïque. Les résultats ont été calculés annuellement et moyennés sur des rotations culturales afin d’intégrer la variabilité climatique.
Les réglementations nationales ont été intégrées : en Suède, l’occupation du sol est limitée à 10 % pour être éligible aux subventions ; en Allemagne, le rendement agricole doit dépasser 66 % avec une perte foncière inférieure à 15 % ; en Italie, plusieurs critères s’appliquent, notamment moins de 30 % d’occupation des terres, plus de 60 % de rendement photovoltaïque et une hauteur minimale des panneaux de 2,1 m.
L’espacement, paramètre déterminant
L’analyse montre que l’espacement des rangées constitue le paramètre le plus critique, influençant fortement l’ombrage, la productivité agricole et la variabilité interannuelle des rendements. L’orientation et la hauteur ont des effets plus modérés. Dans le modèle de culture de référence, des espacements supérieurs à 7 mètres enfreignaient souvent les contraintes de rendement et de couverture, tandis qu’au-delà de 10 mètres, l’efficacité d’usage des terres et la production énergétique par hectare diminuaient.
Un espacement compris entre 5 et 10 mètres offrait le meilleur compromis : forte densité photovoltaïque et production énergétique élevée, tout en maintenant un ensoleillement suffisant pour maximiser le LER total. Des rangées plus rapprochées augmentaient la production solaire mais provoquaient un ombrage excessif ; des rangées plus espacées réduisaient l’ombre mais laissaient du foncier inutilisé.
En Suède, les configurations orientées vers la production énergétique réduisaient l’évapotranspiration et augmentaient la production photovoltaïque, mais limitaient les rendements agricoles. Les résultats dépendaient davantage du type de contrainte réglementaire que de son niveau de sévérité.
« Globalement, ces résultats fournissent des orientations quantitatives de conception sous des hypothèses spécifiques et montrent que la réglementation façonne de manière décisive le champ des solutions viables : des contraintes trop rigides peuvent éliminer toute solution, tandis que des règles ciblées et fondées sur des preuves laissent place à une optimisation adaptée au contexte », concluent les chercheurs.
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