Le développement de l'énergie solaire en Espagne et dans une grande partie de l'Europe a soulevé un dilemme important : Comment poursuivre l'installation de panneaux photovoltaïques sans détruire les terres agricolesDans les territoires disposant de vastes étendues de terres disponibles, comme c'est le cas dans les grands pays hors de l'UE, le conflit est moins fréquent, mais dans un pays agricole aux terres limitées comme l'Espagne, chaque hectare compte.
Ces dernières années, l'agrivoltaïsme est progressivement devenu un sujet de discussion dans les débats techniques, les conférences industrielles et les programmes d'aide publique tels que une manière réaliste de concilier agriculture et production photovoltaïqueÀ cette tendance s'ajoutent de nouvelles technologies de panneaux semi-transparents et des conceptions spécifiques pour les cultures, qui visent à minimiser l'ombrage sans sacrifier la compétitivité de la production d'électricité.
Qu’est-ce que l’agrivoltaïsme et pourquoi présente-t-il un tel intérêt pour les campagnes espagnoles ?
Quand on parle d'agrivoltaïsme, on fait référence à des systèmes qui Ils combinent activité agricole et production d'énergie solaire sur une même surface. jardins solairesIl ne s'agit pas simplement de poser des panneaux sur le sol, mais de concevoir des structures, des densités et des types de panneaux qui permettent à la plante de recevoir la lumière, l'eau et la ventilation dont elle a besoin pour produire normalement, voire mieux.
Dans un contexte d'objectifs climatiques de plus en plus ambitieux – l'Union européenne vise à ce qu'une part importante de son électricité provienne d'énergies renouvelables afin d'atteindre la neutralité carbone d'ici le milieu du siècle – le photovoltaïque est devenu un élément central. La forte baisse du prix des panneaux, due en grande partie à la surproduction asiatique, a facilité leur déploiement à grande échelle, mais a également intensifié la pression sur les énergies renouvelables. terres agricoles, d'élevage et forestières.
L’agrivoltaïsme commence donc à être perçu comme une sorte de « point de rencontre » entre deux mondes qui, jusqu’à récemment, étaient considérés comme étant en conflit : sécurité alimentaire et transition énergétiqueL'expérience espagnole montre que, bien conçues, les installations de panneaux solaires peuvent protéger les cultures des rayonnements excessifs, contribuer à économiser l'eau et constituer une source de revenus supplémentaire pour les agriculteurs.
De plus, dans les régions confrontées à un stress hydrique croissant et à des vagues de chaleur plus fréquentes, cette technologie est valorisée comme outil d'adaptation au changement climatiqueau-delà de son rôle dans la réduction des émissions.
Le principal défi technique : l’ombre portée sur les cultures
Le principal obstacle rencontré par les systèmes photovoltaïques conventionnels sur le terrain est facile à comprendre : Les panneaux projettent de l'ombre, et toutes les cultures ne la tolèrent pas de la même manière.Si la plante reçoit moins de rayonnement que nécessaire, sa capacité photosynthétique diminue et, par conséquent, son rendement productif.
Les premiers essais de tension agricole se sont concentrés sur le réglage de la hauteur, de l'espacement et de l'inclinaison des panneaux pour créer un ombrage partiel, ainsi que sur la sélection de cultures relativement tolérantes à la lumière filtrée. De plus, des panneaux bifaciaux, capables de capter la lumière réfléchie par le sol, ont commencé à être testés, bien que cela n'ait pas entièrement résolu le dilemme entre production solaire et accès à la lumière pour les cultures.
La clé est de trouver un équilibre Là où les plantes bénéficient d'une lumière suffisante pour la photosynthèse, tandis que le système photovoltaïque assure un retour sur investissement raisonnable, le développement de matériaux et de conceptions spécifiques, comme les panneaux semi-transparents ou sélectifs en longueur d'onde, prend toute son importance.
Plusieurs études s'accordent sur un seuil de référence : La plupart des cultures nécessitent environ 60 % de transmission de la lumière utile. pour maintenir ses performances normales. En dessous de cette valeur, les pertes de performance s'accumulent ; au-dessus, l'intégration avec des panneaux photovoltaïques est plus prometteuse.
Proposition de l'Université de Jaén : panneaux semi-transparents RearCPVbif
Dans ce contexte, une équipe de la Université de Jaen a présenté une solution qui vise à résoudre le problème dès la conception du panneau. Leur proposition repose sur une nouvelle génération de modules photovoltaïques semi-transparents capables de produire de l'électricité tout en laissant passer la lumière nécessaire aux cultures.
L'étude, publiée sur la plateforme scientifique Science Direct, analyse la technologie à partir de deux paramètres fondamentaux : transmittance visible moyenne et la transmittance photosynthétique moyenneEn pratique, ces indicateurs mesurent le pourcentage du rayonnement utile aux plantes qui atteint l'autre côté du panneau, après avoir traversé le matériau et les cellules solaires.
L'innovation présentée est incarnée dans un système nommé RearCPVbif (Panneau photovoltaïque bifacial à concentration arrière)Cette technologie appartient à la famille des panneaux photovoltaïques semi-transparents (STPV), mais avec une approche unique. Contrairement à d'autres solutions qui se contentent de créer des espaces ou de réduire la densité des cellules, cette technologie intègre… concentrateurs optiques à l'arrière du module.
En termes simples, la lumière qui n'est pas directement utilisée sur la face avant du panneau est redirigée vers l'arrière des cellules bifaciales, ce qui augmente la production d'électricité sans compromettre la transparence. Les chercheurs soulignent que leur conception Elle atteint une transparence optique d'environ 60 %., une valeur compatible avec le cycle photosynthétique de la plupart des cultures horticoles.
Transparence, efficacité et température : un équilibre délicat
Les recherches menées par l'Université de Jaén se distinguent des autres approches « transparentes » évaluées par l'industrie ces dernières années. D'une part, il existe des panneaux non sélectifs en longueur d'onde, qui Ils absorbent une grande partie du spectre solaire. Ils atténuent la couleur du matériau ou créent des espaces entre les cellules pour accroître sa transparence. Le problème est que cette transparence est souvent insuffisante pour les cultures.
À l'autre extrême se trouvent les panels sélectifs, qui Ils absorbent de préférence les rayonnements ultraviolets et infrarouges proches.Cela permet à une plus grande proportion de lumière visible de traverser le dispositif, ce dont les plantes ont le plus besoin. Ce type de solution offre une base plus adaptée à l'agrivoltaïsme, même si son déploiement industriel est encore en développement.
La proposition RearCPVbif repose précisément sur cette logique sélective, mais y ajoute l'utilisation de concentrateurs optiques arrière afin de maximiser l'énergie disponible sans assombrir l'environnement des cultures. Selon l'équipe dirigée par les chercheurs Álvaro Varela-Albacete et Eduardo Fernández, La technologie STPV actuelle est sous-utilisée. et ses performances sont bien meilleures dans les applications agricoles lorsqu'il est combiné à ce type de concentrateur.
Un autre aspect que les auteurs ont soigneusement pris en compte est le comportement thermique du système. L'une des préoccupations courantes lors de l'installation de toitures photovoltaïques sur des cultures est le risque de générer une effet de serre indésirableen modifiant le microclimat sous les panneaux. Lors des tests effectués, la température des cellules est restée inférieure à 70 °C, un seuil important pour éviter tout impact négatif sur l'environnement immédiat.
Ces types de limites de température contribuent aux performances des structures agrivoltaïques. ne deviennent pas des toits qui emprisonnent la chaleur excessivement, un sujet particulièrement sensible dans les régions déjà chaudes et où l'eau est rare.
Du laboratoire au terrain : des essais sur de vraies cultures et un accent sur l'horticulture intensive
L'un des points forts de ce développement est que Elle a déjà suscité l'intérêt d'entreprises et d'organisations du secteur.Les chercheurs ont confirmé avoir établi des contacts avec diverses entités afin d'accélérer à la fois la mise à l'échelle industrielle des modules et leur intégration dans des opérations réelles.
La feuille de route prévoit désormais des campagnes d'essais sur des cultures commerciales, où seront évalués non seulement la production d'électricité, mais aussi des paramètres agronomiques clés : rendement, qualité du produit, besoins en irrigation, température et humidité du sol, entre autres. L'objectif est d'obtenir des données fiables qui permettront adapter la conception aux besoins spécifiques de chaque culture et de chaque région..
Des régions telles que AlmeríaCes régions, caractérisées par une horticulture intensive sous serre et un déploiement croissant du photovoltaïque, apparaissent comme des terrains d'application idéaux pour ce type de technologie. La coexistence de vastes surfaces de cultures sous plastique et de champs solaires y ouvre la voie à des modèles hybrides où certaines parties des toitures ou des structures peuvent remplir une double fonction.
Si les essais confirment les résultats préliminaires, l'agrivoltaïsme avec panneaux semi-transparents pourrait devenir un outil décisif pour La soi-disant « mer de plastique » coexiste avec une véritable « mer de panneaux ».sans compromettre la production horticole.
Expériences et données en Espagne : de Murcie aux vignobles et oliveraies
Au-delà de la recherche sur les matériaux, l'Espagne commence à accumuler Des expériences de terrain qui démontrent que l'agrivoltaïsme peut fonctionner dans des conditions réelles. L'une des régions où les progrès sont les plus importants est la région de Murcie, avec une agriculture de pointe et plus de 3 300 heures d'ensoleillement par an.
À l'Université de Murcie et dans divers centres de recherche, des résultats ont été présentés qui mettent en évidence des avantages à la fois agronomiques et économiques. Lors de conférences spécialisées, l'Union photovoltaïque espagnole (UNEF) a réuni des chercheurs, des organismes gouvernementaux et des entreprises afin d'analyser comment ces modèles Ils procurent un revenu supplémentaire à l'agriculteur. sans le contraindre à abandonner son activité principale.
Des essais menés sur des cultures en zones arides, ainsi que dans des vignobles et des oliveraies, montrent que le placement stratégique des panneaux peut réduire l'évapotranspiration jusqu'à 30 %Afin de mieux contrôler l'évaporation de l'eau du sol et de protéger les cultures contre les épisodes de fortes chaleurs, et ce, sans réduire, voire en améliorant, les rendements dans certaines conditions de stress climatique.
Dans des vignobles pilotes, par exemple, des panneaux ont été intégrés sans incidence sur la production de raisins ni sur la qualité du vin, tout en permettant d'atteindre les objectifs fixés. une plus grande rétention d'humidité dans le solDans les oliveraies, certaines études font état d'augmentations de production d'environ 5 %, ainsi que d'une meilleure réaction de la culture aux conditions météorologiques défavorables, un élément clé pour les régions fortement dépendantes des oliveraies.
Parallèlement, l’administration centrale travaille sur des critères spécifiques pour garantir que, dans ces projets, L'activité agricole demeure une priorité et est compatible avec la PAC.Cette sécurité juridique est essentielle pour encourager les coopératives et les agriculteurs individuels à investir dans des solutions agrivoltaïques sans craindre de perdre l'aide européenne.
Murcie comme laboratoire : projets agrivoltaïques en serres et parcelles expérimentales
Le gouvernement régional de Murcie a franchi une nouvelle étape en promouvant explicitement le L'énergie agrivoltaïque comme outil d'optimisation de l'utilisation des terres agricolesLe ministère de l'Environnement, des Universités, de la Recherche et de Mar Menor a souligné le potentiel de cette technologie dans une communauté bénéficiant d'un fort rayonnement solaire et d'une agriculture irriguée très développée.
L’Institut murcien de recherche et de développement agricoles et environnementaux (IMIDA) coordonne plusieurs projets novateurs. L’un d’eux, situé à La Alberca, est axé sur… horticulture sous serreLes premiers résultats indiquent des augmentations de rendement qui, selon les essais, varient entre 20 % et 60 %, en fonction de la culture et de la conception de l'installation.
Les panneaux fournissent non seulement de l'énergie au fonctionnement, mais aussi Ils réduisent le stress thermique et radiatif subi par les plantes.Cela ouvre la voie à l'introduction de cultures qui étaient auparavant difficiles à cultiver dans les climats semi-arides. Un ombrage partiel contribue à modérer les pics de température et à mieux utiliser l'eau disponible.
Un autre projet notable est celui qui s'appelle PS Agrovoltaïca, installée au Centre de démonstration et de transfert agricole El Mirador (CDTA) à San Javier. Il s'agit d'une infrastructure expérimentale d'environ 36 kilowatts qui combine suiveurs solaires, modules opaques et panneaux semi-transparents, ainsi qu'une zone témoin sans installation photovoltaïque.
Cette configuration permet un suivi précis des paramètres environnementaux et de production, et permet de comparer l'influence de la hauteur, de l'orientation, du type de panneau et de la densité de la structure sur le microclimat et le rendement des cultures. Les données générées servent de référence pour concevoir des systèmes reproductibles pour d'autres exploitations agricoles de Murcie et des régions présentant des conditions similaires..
Soutien institutionnel et aide publique aux projets agrivoltaïques
Le déploiement de l'agrivoltaïsme en Espagne ne peut s'expliquer uniquement par des intérêts techniques ou agronomiques : L'aide publique joue un rôle important Afin d’accélérer les investissements et de réduire les risques pour les agriculteurs, l’Institut pour la diversification et les économies d’énergie (IDAE) a lancé plusieurs appels à projets spécifiques en faveur d’énergies renouvelables innovantes.
Dans le cadre de l'un des derniers programmes de financement alloués aux énergies renouvelables innovantes, l'IDAE a attribué 148,5 millions d'euros pour 199 projetsNombre de ces projets concernent des solutions agrivoltaïques avec stockage d'énergie. Sur ce total, environ 77,1 millions d'euros sont concentrés dans 62 projets directement liés à des exploitations agricoles de cultures arboricoles et horticoles.
Parallèlement, plus de 87 millions d'euros ont été alloués à un groupe de 73 initiatives qui combinent agrivoltaïsme et photovoltaïque flottantAvec une capacité installée dépassant 160 MWc et plus de 180 MWh de stockage associé, ces investissements, largement financés par les fonds du plan de relance européen, visent à démontrer la viabilité technique et économique des modèles hybrides d'utilisation des terres et de l'eau.
Les coopératives agricoles soulignent que l'agrivoltaïsme peut fonctionner comme complément de revenu pour les agriculteurs dont les revenus sont réduits ou qui perçoivent de faibles pensionsIl convient de rappeler que le photovoltaïque a déjà joué un rôle stabilisateur pour de nombreux professionnels à la fin des années 2000. Aujourd'hui, le contexte de la volatilité des prix de l'énergie et des pressions climatiques rend ces solutions à nouveau attractives.
Le ministère de la Transition écologique et du Défi démographique (MITECO) insiste sur le fait que le déploiement doit être réalisé en garantissant la primauté de l'activité agricole et assurer la compatibilité réglementaire avec le CAPCe travail, associé à l'élaboration de cartographies nationales des initiatives et de guides techniques, vise à apporter de la certitude à ceux qui envisagent de se lancer dans l'agrivoltaïsme.
Avantages mesurables : eau, microclimat et nouveaux modèles économiques ruraux
Les données issues d'essais menés en Espagne et dans d'autres contextes comparables mettent en évidence plusieurs avantages récurrents. L'un des plus fréquemment cités est le gestion améliorée de l'eauL'ombrage partiel généré par les panneaux réduit l'évapotranspiration et, par conséquent, la quantité d'eau que les plantes perdent par la chaleur et le rayonnement.
Dans les systèmes d'irrigation, les panneaux photovoltaïques flottants installés sur des radeaux offrent également des avantages supplémentaires : en couvrant partiellement la surface, Il réduit l'évaporation et contribue à contrôler la prolifération des algues.Ce sont des problèmes courants dans les climats chauds. Parallèlement, l'énergie produite sur place facilite l'électrification des pompes et l'amélioration de l'efficacité des systèmes d'irrigation.
D'un point de vue climatique, la combinaison d'ombre et de ventilation sous les structures photovoltaïques contribue à pour atténuer les vagues de chaleur extrêmesCeci est particulièrement pertinent dans un contexte d'étés de plus en plus longs et secs. Pour certaines cultures, les chercheurs ont observé une diminution des effets du stress thermique et une meilleure stabilité des performances lors des vagues de chaleur.
Tout cela se traduit par des opportunités économiques pour les zones rurales. L'agrivoltaïsme produit non seulement de l'électricité pouvant être utilisée pour l'autoconsommation ou vendue au réseau, mais aussi Cela ouvre la voie à de nouveaux modèles commerciaux et à une coopération entre les agriculteurs et les entreprises énergétiques.Dans les zones menacées d'abandon agricole, ces types de projets sont perçus comme un moyen de préserver l'activité et l'emploi.
Le PDG d'UNEF a insisté sur le fait qu'« il n'y a pas d'opposition entre agriculture et photovoltaïque » si l'aménagement du territoire est bien planifié, soulignant que la majorité des terres agricoles continueront d'être exclusivement consacrées à la production alimentaire. Le défi, selon lui, consiste à optimiser l'utilisation du faible pourcentage alloué à l'agrivoltaïsme. servir d'exemple de coexistence entre les deux usages.
Le développement de l'agrivoltaïsme en Espagne et dans d'autres pays européens commence à démontrer que le choix entre panneaux solaires et cultures n'est pas inévitable : grâce à des technologies telles que les panneaux semi-transparents RearCPVbif, des essais agronomiques bien conçus et un cadre d'aides et de réglementations qui privilégie l'activité agricole, c'est possible. produire de l'énergie propre et des aliments sur les mêmes terres, améliorer la résilience face aux changements climatiques et offrir une nouvelle source de revenus aux zones rurales sans sacrifier sa fonction essentielle dans la chaîne alimentaire.
