La double utilisation des terres pour la production d'énergie solaire et la culture s'avère possible en Finlande
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D'après une étude récente de l'Université de Turku, la production d'énergie solaire et l'agriculture peuvent être combinées efficacement. Grâce à l'utilisation de panneaux solaires bifaciaux verticaux, un agriculteur peut tirer profit de la production d'énergie solaire, même si seulement 10 % de ses terres agricoles sont consacrées à ces panneaux.
Les terres agricoles ouvertes sont des emplacements idéaux pour l'installation de panneaux solaires, mais la méthode la plus courante, qui consiste à couvrir une vaste superficie de panneaux orientés au sud, empêche la culture simultanée du champ. Les panneaux peuvent également être installés verticalement, permettant ainsi de cultiver des plantes sur la même parcelle. Cependant, cette solution reste encore rare en Finlande.
Une étude conjointe de l'Université de Turku et de l'Université des sciences appliquées de Turku a examiné la possibilité de combiner production d'énergie solaire et agriculture en Finlande de manière économiquement viable pour les agriculteurs. Bien que le sujet ait déjà été étudié dans d'autres pays, il s'agissait de la première étude portant sur des systèmes agrivoltaïques à grande échelle dans les pays nordiques.
Le message de l'étude est clair : un même champ peut être utilisé simultanément pour la production d'énergie solaire et la culture grâce à l'installation verticale de panneaux solaires bifaciaux. Même si seule une petite partie du champ est consacrée aux panneaux solaires, les agriculteurs peuvent tirer un avantage économique de l'énergie solaire grâce à cette installation verticale.
« Avec des panneaux verticaux, même en ne couvrant que 10 % de la surface, il est possible d'obtenir environ un tiers de l'énergie produite par un champ entier de panneaux orientés plein sud. L'avantage de ce type d'installation est qu'elle n'occupe qu'une petite surface de terres arables, et les terres entre les rangées de panneaux peuvent continuer à être cultivées normalement », explique Magda Szarek, doctorante à l'Université de Turku et auteure principale de l'étude.
L'autoconsommation est essentielle
Les chercheurs ont étudié l'espace à laisser entre les rangées de panneaux verticaux pour que ces derniers ne fassent pas d'ombre de manière significative aux cultures ou les uns aux autres.
L'étude recommande de laisser un espace d'au moins 8 à 10 mètres entre les rangées de panneaux, bien que cela dépende du type de panneau utilisé.
D'après des recherches antérieures menées par le groupe de recherche , les panneaux solaires bifaciaux verticaux sont particulièrement performants dans les régions nordiques si leurs faces sont orientées est-ouest. Dans ces régions, le soleil reste bas sur l'horizon pendant de longues périodes durant l'été. La surface verticale des panneaux permet ainsi de capter efficacement l'ensoleillement des matinées et des soirées estivales.
L'orientation est-ouest est particulièrement avantageuse car la production d'énergie solaire le matin et le soir correspond mieux aux profils de consommation électrique. L'électricité produite par les panneaux orientés est et ouest a une valeur économique plus élevée, car la consommation et les prix de l'électricité sont plus importants à ces moments-là, et la production solaire disponible sur le réseau est moindre qu'en milieu de journée.
Avec cet espacement, l'installation modélisée sur un champ de 1,6 hectare a produit 548 MWh d'énergie solaire en un an. Cela équivaut approximativement à la consommation de 45 maisons individuelles. Une étude antérieure du même groupe de recherche indique que plus l'énergie solaire produite est utilisée, plus le gain financier est important. L'énergie produite dans un champ serait donc plus rentable si l'agriculteur l'utilisait pour ses propres activités agricoles.
L'orge et les prairies temporaires augmentent la réflexion du soleil
L'étude a également révélé que les plantes cultivées peuvent avoir un impact sur la quantité d'énergie solaire produite. En effet, outre la lumière solaire directe, la production d'énergie solaire est aussi influencée par la façon dont le terrain environnant réfléchit la lumière sur la surface des panneaux.
D'après les résultats, l'orge et les prairies temporaires peuvent légèrement augmenter la production d'énergie solaire, mais leur impact sur la production annuelle totale reste modéré. L'espacement entre les rangs demeure le facteur le plus important influençant la production d'énergie solaire.
« Il est bon de rappeler que l'énergie solaire peut aussi être utile à l'élevage. En fait, les animaux apprécient généralement l'ombre que procurent les panneaux », explique Magda Szarek.
L'absence de réglementation est un défi
Le principal inconvénient des panneaux solaires bifaciaux à montage vertical réside dans leur sensibilité accrue à l'ombrage. Il est donc nécessaire de prévoir un espacement important entre les panneaux, ce qui complexifie leur intégration en milieu urbain, notamment à grande échelle. À l'inverse, en plein champ, l'espace est non seulement abondant, mais l'ombrage y est généralement moindre qu'en ville.
« C’est pourquoi les panneaux bifaciaux verticaux présentent un fort potentiel, notamment dans le secteur agricole. Toutefois, pour que l’association réussie de l’énergie solaire et de la culture soit possible, il est indispensable que cette solution soit reconnue dans le cadre des subventions agricoles et de la législation environnementale. Par exemple, on ignore actuellement quelle superficie des terres agricoles peut être utilisée pour produire de l’énergie solaire sans que cela n’ait d’incidence sur les subventions agricoles. Une législation claire est nécessaire pour que cette solution puisse fonctionner en Finlande », souligne Magda Szarek.
Cette étude a été menée dans le cadre du projet RealSolar et financée par le Conseil finlandais de la recherche stratégique. Les recherches sur les installations d'énergie solaire dans les pays nordiques se poursuivent au sein du groupe de recherche « Matériaux et systèmes pour l'énergie solaire » de l'unité d'ingénierie des matériaux, dirigé par la professeure Kati Miettunen .