Co-localisation Solaire, Cultures, Bétail dans des Projets Agrivoltaïques

L'énergie solaire est au cœur des modèles de durabilité environnementale, mais tous les projets ne sont pas construits de la même manière. Une préoccupation dans le développement de l'énergie, renouvelable ou autre, est le concept de « prolifération énergétique », qui est l'affectation de terres à la production et à la distribution d'énergie.

Environment California estime que l'énergie solaire sur les toits pourrait empêcher le développement de 148 000 acres de terrain par rapport à un modèle à échelle utilitaire monté au sol uniquement. Ceci est basé sur un déploiement estimé par un régulateur d'État de 28,5 GW d'énergie solaire sur les toits jusqu'en 2045 afin d'atteindre les objectifs d'énergie propre. C'est une zone d'environ la moitié de la taille de Los Angeles qui pourrait être préservée.

Le solaire est salué pour sa capacité à être intégré dans l'environnement bâti, placé sur les toits, intégré dans les façades des bâtiments, sur les carports, etc. seront également nécessaires. C'est là que l'agrivoltaïque, la pratique consistant à co-localiser la production d'énergie solaire avec des fonctions agricoles, peut intervenir.

Des recherches menées par l'Oregon State University ont révélé que la colocalisation solaire et agricole pourrait fournir 20 % de la production totale d'électricité aux États-Unis. L'installation à grande échelle de l'agrivoltaïque pourrait entraîner une réduction annuelle de 330 000 tonnes d'émissions de dioxyde de carbone tout en ayant un impact "minime" sur le rendement des cultures, ont déclaré les chercheurs.

Le document a révélé qu'une zone de la taille du Maryland serait nécessaire si l'agrivoltaïque devait répondre à 20% de la production d'électricité aux États-Unis. Cela représente environ 13 000 miles carrés, soit 1 % des terres agricoles américaines actuelles. À l'échelle mondiale, on estime que 1 % de toutes les terres agricoles pourraient produire les besoins énergétiques mondiaux si elles étaient converties au solaire photovoltaïque.

Biosphère 2

L'agrivoltaïque fait plus que préserver la terre et tirer le meilleur parti d'un acre. Il existe des synergies entre les panneaux solaires et les activités agricoles ci-dessous.

Par exemple, une équipe de chercheurs de l'Université de l'Arizona, qui exploite un centre de test agrivoltaïque à la Biosphère 2, un environnement "naturel" intérieur entièrement autonome, a découvert que les cultures améliorent les performances des panneaux solaires et que les panneaux solaires améliorent le rendement des cultures. dans des environnements secs.

L'équipe de la Biosphère a découvert que l'ombre fournie par le système photovoltaïque réduisait l'évaporation, ce qui signifie que l'eau resterait à la surface plus longtemps et alimenterait mieux les cultures que l'agriculture terrestre en plein air. Non seulement cela permet d'économiser de l'eau, mais cela rend les plantes plus fortes, ce qui conduit à un meilleur rendement des cultures. De plus, l'espace ombragé fourni par les panneaux provoque l'étalement des plantes à la recherche de la lumière du soleil. Dans les essais, la feuille ombragée agrivoltaïque était presque deux fois plus grande que celle en plein air.

Dans les climats secs comme celui qui entoure la biosphère 2, il peut souvent y avoir trop de lumière et de chaleur pour que les plantes poussent correctement. L'ombre du panneau aide à créer de meilleures conditions pour les plantes. Il en va de même pour les panneaux solaires, qui produisent moins d'énergie à des températures élevées. Une installation solaire conventionnelle peut supprimer toute la végétation en dessous, ce qui, dans les grands panneaux solaires, provoque un effet étudié d'îlot de chaleur.

L'énergie solaire excédentaire qui n'est pas convertie en électricité peut quitter la zone de deux manières : soit sous forme de chaleur latente, soit sous forme de chaleur sensible. La chaleur sensible est le type que nous pouvons ressentir et le type qui endommage la production solaire photovoltaïque. La chaleur latente est l'énergie qui est absorbée par l'eau à proximité, s'évaporant en vapeur. En ajoutant des cultures ci-dessous dans un climat sec, vous ajoutez plus d'absorption de chaleur latente, enlevez la pression thermique des panneaux et augmentez la production et le cycle de vie.

Les agriculteurs des climats secs peuvent également aimer travailler avec l'agrivoltaïque. Les données préliminaires du centre suggèrent que les températures de la peau sont inférieures d'environ 20 degrés Fahrenheit à celles de l'agriculture en plein air.

Projet InSPIRE

Le Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL) explore de nombreuses possibilités pour l'agrovoltiaque, notamment le placement de bovins ou d'ovins, de cultures, de plantes indigènes favorables aux pollinisateurs, ou la réhabilitation des sols et d'autres services écosystémiques sur le même terrain que les panneaux solaires actifs.

Le principal projet de recherche du NREL sur l'agrivoltaïque s'appelle Pratiques solaires innovantes intégrées aux économies et écosystèmes ruraux (InSPIRE). Le projet InSPIRE a développé un calculateur financier pour quantifier les avantages de la pratique. Il a également élaboré une liste des meilleures pratiques pour ceux qui souhaitent entrer dans le domaine. De plus, InSPIRE suit tous les sites agrivoltaïques actifs à travers les États-Unis, qui peuvent être trouvés ici.

"Grâce à notre travail, qui couvre plusieurs régions, configurations et activités agricoles, nous avons vu tant de premiers résultats prometteurs", a déclaré Jordan Macknick, analyste principal de l'énergie, de l'eau et des terres au NREL et chercheur principal du projet InSPIRE. "Maintenant, notre défi est de trouver comment étendre et reproduire ces succès."

Le NREL a également développé un ensemble de cinq principes de base pour réussir dans l'agrivoltaïque, appelés les cinq C :

Climat, sol et conditions environnementales - Les conditions ambiantes d'un emplacement doivent être appropriées à la fois à la production solaire et aux cultures ou à la couverture du sol souhaitées.

Configurations, technologies solaires et conceptions - Le choix de la technologie solaire, l'aménagement du site et d'autres infrastructures peuvent tout affecter, de la quantité de lumière atteignant les panneaux solaires à la capacité d'un tracteur, si nécessaire, à passer sous les panneaux. "Cette infrastructure sera dans le sol pendant les 25 prochaines années, vous devez donc l'adapter à l'utilisation prévue. Cela déterminera si le projet réussit", a déclaré James McCall, chercheur au NREL travaillant sur InSPIRE.

Sélection des cultures et méthodes de culture, conceptions de semences et de végétation et approches de gestion - Les projets agrovoltaïques doivent sélectionner des cultures ou des couvre-sol qui prospéreront sous des panneaux dans leur climat local et qui sont rentables sur les marchés locaux.

Compatibilité et flexibilité - L'agrivoltaïque doit être conçue pour répondre aux besoins concurrents des propriétaires solaires, des opérateurs solaires et des agriculteurs ou propriétaires fonciers afin de permettre des activités agricoles efficaces.

Collaboration et partenariats — Pour que tout projet réussisse, la communication et la compréhension entre les groupes sont essentielles.

InSPIRE représente l'effort de recherche agrovoltaïque le plus vaste, le plus ancien et le plus complet au monde, couvrant 28 sites dans 11 États américains, à Porto Rico et dans le district de Columbia. Certains de ces sites impliquent une recherche directe, certains impliquent la conception et la prise en compte de la recherche, et certains impliquent une consultation et un mentorat continus des partenaires.

"Une chose qu'InSPIRE a vraiment bien faite est de créer une communauté de personnes qui pensent différemment à la conception et à la gestion de l'énergie solaire PV. Universellement, à la suite d'une conférence téléphonique InSPIRE entendant des scientifiques et des praticiens de l'industrie partager leurs résultats, il y a une énergie et un optimisme formidables pour le défi et des opportunités qui s'offrent à nous », a déclaré Rob Davis de Connexus Energy, la plus grande coopérative d'électricité du Midwest.