Des chercheurs cherchent à rendre l’énergie solaire et la production agricole plus compatibles avec l’agrivoltaïque

Les scientifiques de Texas A&M AgriLife contribuent activement au nombre croissant de recherches axées sur l’agrivoltaïque, une technologie innovante ayant le potentiel d’améliorer l’efficacité et la résilience des systèmes alimentaires et agricoles durables tout en répondant à la demande croissante en énergie de l’État.

Alors que le Texas est le leader national en matière de production d’énergie, grâce à ses diverses réserves de combustibles fossiles et de ressources énergétiques renouvelables, la population en croissance rapide de l’État impose une demande toujours croissante sur le réseau électrique. Cette année, l’Electric Reliability Council of Texas a signalé une demande record officieuse de 85 435 mégawatts pendant la canicule estivale.

Les systèmes photovoltaïques, communément appelés énergie solaire ou panneaux solaires, jouent un rôle important pour répondre à ces besoins énergétiques croissants, mais les installations nécessitent beaucoup de terres et peuvent rivaliser avec des zones également adaptées à la production agricole.

C’est là qu’intervient l’agrivoltaïque.

L’agrivoltaïque améliore l’utilisation des terres

Comme son terme l’indique, l’agrivoltaïque est un double système d’utilisation des terres combinant l’agriculture sous forme de production végétale et animale avec des panneaux solaires.

“À mesure que la population du Texas continue de croître, nous verrons des limites dans la quantité de terres disponibles pour la production de nourriture et d’autres produits agricoles”, a déclaré Nuria Gomez-Casanovas, Ph.D., professeure adjointe en écologie des systèmes régénératifs au Texas. Texas A&M College of Agriculture and Life Sciences Département de gestion des parcours, de la faune et des pêches.

Gomez-Casanovas a déclaré que la perte croissante de terres agricoles, associée à l’augmentation des besoins énergétiques, a suscité un intérêt croissant pour le potentiel des systèmes agrivoltaïques.

“L’agrivoltaïque combine les panneaux solaires traditionnels avec la production agricole afin que nous puissions générer de l’énergie renouvelable tout en produisant simultanément de la nourriture”, a déclaré Gomez-Casanovas, basé au centre de recherche et de vulgarisation Texas A&M AgriLife à Vernon. “Imaginez simplement les activités agricoles typiques avec une ferme solaire.”

L’approche innovante et ses inconnues alimentent la recherche

Malgré les promesses de l’agrivoltaïque pour l’agriculture et la production d’énergie, la mise en œuvre du système est relativement nouvelle et Gomez-Casanovas a déclaré que de nombreuses questions restaient sans réponse.

Pour établir une base de connaissances existantes et orienter les futures priorités de recherche, Gomez-Casanovas et une équipe de chercheurs de tout le pays ont collaboré à un article récent publié dans Rapports cellulaires Sciences physiques. La publication « Connus, incertitudes et défis de l’agrivoltaïque pour intensifier durablement la production d’énergie et de nourriture » ​​est une analyse complète de la littérature scientifique existante visant à évaluer le potentiel de l’agrivoltaïque dans l’amélioration des systèmes de production alimentaire et énergétique durables.

“Nous avons examiné la littérature scientifique existante pour évaluer comment l’agrivoltaïque peut apporter des avantages synergiques dans le lien alimentation-énergie-eau par rapport aux panneaux solaires ou aux systèmes agricoles seuls”, a déclaré Gomez-Casanovas. “L’un des messages à retenir de notre analyse est l’amélioration de la productivité des terres grâce à la mise en œuvre de l’agrivoltaïque.”

Rendre la terre plus productive

L’idée est de rendre chaque acre plus rentable pour les propriétaires fonciers et les exploitations agricoles, a déclaré Gomez-Casanovas. L’agrivoltaïque représente une double source de revenus provenant de la production alimentaire et énergétique.

En utilisant une formule connue sous le nom de ratio d’équivalence des terres, les chercheurs ont découvert que la plantation de cultures agricoles sous des panneaux solaires peut améliorer la productivité des terres jusqu’à 60 % par rapport aux monocultures agricoles ou aux panneaux solaires sur la même superficie.

De plus, la végétation plantée sous ces panneaux solaires peut compenser plusieurs résultats indésirables associés à la mise en œuvre généralisée de panneaux solaires.

“Dans un système photovoltaïque, la végétation est souvent supprimée ou maintenue basse sous les panneaux solaires, ce qui peut entraîner une perte de biodiversité associée à la conversion et au défrichement des terres, ainsi qu’une augmentation des températures locales en raison de ce que l’on appelle l’effet d’îlot de chaleur photovoltaïque. “, a déclaré Gomez-Casanovas.

Semblable à l’effet d’îlot de chaleur urbain, cette augmentation de la température locale est le résultat de la perte de couverture naturelle du territoire et de l’abondance de matériaux fabriqués par l’homme qui absorbent et retiennent la chaleur.

Efficacité de l’eau et réduction de la chaleur pour la production agricole

Alors que la plupart des panneaux solaires du Texas sont situés dans les vastes régions arides de l’ouest du Texas, où la production agricole peut constituer un défi, Gomez-Casanovas a déclaré que les systèmes agrivoltaïques pourraient stimuler la production d’énergie solaire et la résilience agricole dans les régions semi-arides de l’État.

“Comme les panneaux solaires fournissent de l’ombre aux plantes, moins de rayonnement solaire les atteint, ce qui entraîne une réduction de l’évaporation de l’eau du sol et de la transpiration des plantes”, a déclaré Gomez-Casanovas. “C’est très bénéfique pour la santé des plantes pendant les étés intenses et les périodes de sécheresse.”

Cette réduction de la perte d’eau des plantes se traduit en fin de compte par des économies d’eau dans l’irrigation, un facteur important pour la production agricole et la conservation des ressources alors que le Texas est confronté à une demande croissante en eau dans un contexte de pénurie croissante.

“Bien que l’on puisse s’attendre à ce que l’ombrage réduise la productivité des plantes, et c’est le cas dans certains contextes agricoles, il est de plus en plus évident que l’agrivoltaïque a le potentiel d’améliorer les rendements des cultures et des fourrages par rapport aux systèmes agricoles traditionnels seuls”, a déclaré Gomez-Casanovas.

Par exemple, une étude de 2019 a révélé que les rendements des tomates et des piments chiltepin cultivés sous des panneaux solaires dans un environnement semi-aride étaient multipliés par deux par rapport à un système agricole traditionnel.

Elle note cependant que différentes espèces de plantes ont des besoins en lumière variables. Des recherches plus approfondies sur la configuration des panneaux et la sélection des plantes sont donc nécessaires pour mieux comprendre comment les rendements des cultures sous panneaux solaires peuvent être améliorés.

En plus de bénéficier à la croissance des plantes, Gomez-Casanovas a déclaré que l’agrivoltaïque pourrait améliorer la production animale sur les pâturages grâce à l’ombre fournie par les panneaux solaires réduisant le stress thermique du bétail.

Accumulation de carbone et biodiversité

L’augmentation de la productivité des plantes observée dans les systèmes agrivoltaïques optimisés peut également se traduire par une séquestration accrue du carbone grâce à la biomasse végétale aérienne et souterraine.

Cependant, les recherches montrent que l’utilisation antérieure des terres est un facteur clé pour prédire l’impact de l’agrivoltaïque sur l’accumulation de carbone.

“Par exemple, si vous faites la transition d’un parcours naturel vers un système agrivoltaïque, cela aura un impact négatif sur la séquestration du carbone”, a déclaré Gomez-Casanovas. “Cependant, si vous passez d’un système agricole à faible teneur en carbone organique du sol à un système agrivoltaïque favorisant l’accumulation de carbone, il y aurait un impact positif.”

Elle note que les plantes utilisées, les différents types de sols et les pratiques agricoles mises en œuvre influencent également l’impact que l’agrivoltaïque peut avoir sur la séquestration du carbone.

Une gestion stratégique de la végétation sous les massifs, comme la restauration de la végétation indigène ou la plantation d’espèces respectueuses des pollinisateurs, peut également avoir un impact positif sur la biodiversité, a déclaré Gomez-Casanovas.

Facteurs limitants à la mise en œuvre

Même si des rendements agricoles robustes et une production d’énergie supplémentaire peuvent sembler gagnant-gagnant dans l’esprit des producteurs, Gomez-Casanovas a déclaré que la mise en œuvre d’un système agrivoltaïque implique un coût d’investissement initial important et un horizon d’investissement à long terme qui intègre les risques de production.

“La rentabilité de l’agrivoltaïque devrait jouer un rôle important dans la décision des agriculteurs d’adopter le système”, a déclaré Gomez-Casanovas. “Du point de vue des producteurs, de nombreuses questions doivent trouver une réponse.”

Parmi ces questions figurent les infrastructures à grande échelle nécessaires au stockage et au transport de l’énergie, ainsi que la tarification de l’énergie, la sélection idéale des cultures, la configuration des panneaux solaires et le soutien politique tel que le crédit d’impôt à l’investissement et le crédit d’impôt à la production pour rendre l’agrivoltaïque aussi compétitive que possible, entre autres. autres.

“À ce stade, nous avons plus de questions que de réponses, ce qui est passionnant car ces questions guideront nos futures recherches interdisciplinaires”, a déclaré Gomez-Casanovas.