Un gagnant-gagnant est toujours le bienvenu. Mais qu’en est-il d’un gagnant-gagnant-gagnant? Les chercheurs disent que c’est ce qui est possible avec l’agrovoltaïque, un système révolutionnaire qui combine l’énergie solaire avec l’agriculture. Certains parlent de « double solaire » ou de « partage solaire ».
Le gagnant-gagnant-gagnant ici est la capacité de l’agrovoltaïque à augmenter la production alimentaire, stimuler la production d’énergie renouvelable et réaliser d’importantes économies d’eau – le tout sur le même terrain.
Une technologie de pointe, l’agrovoltaïque, diffère des installations utilitaires à grande échelle typiques des panneaux solaires, qui sont généralement placés près du sol avec du gravier en dessous. Bien que ceux-ci puissent générer beaucoup d’énergie, ils prennent beaucoup de terres cultivées hors du mélange. Et comme la population mondiale continue d’augmenter et devrait atteindre 8,1 milliards d’ici 2025, selon les Nations Unies, la demande alimentaire augmentera. Les chercheurs agricoles disent que couvrir les terres cultivées, ou les terres qui pourraient être des cultures de culture, n’a tout simplement pas de sens.
C’est là que l’agrovoltaïque entre en scène. Au lieu de placer les panneaux près du sol, ils sont placés à environ 7 à 10 pieds au-dessus du sol. Il ya aussi un certain espacement entre les « grappes » de panneaux, fournissant ainsi un mélange d’ombre et de soleil pour les plantes.
Le motif d’ombre se déplace pendant la journée de sorte que toutes les parties de la zone de croissance reçoivent le soleil direct pendant chaque jour, ce qui permet de maximiser la quantité de lumière du soleil réfléchie.
Dans le même temps, les cultures font mieux à l’ombre – par rapport à une journée complète de lumière directe du soleil.
Un des avantages à cela est que la terre et l’air sous les panneaux est beaucoup plus frais en été et plus chaud en hiver.
Un autre avantage est que les panneaux solaires coûtent beaucoup moins cher aujourd’hui qu’il y a 10 ans, sussant ainsi l’intérêt pour cette nouvelle technologie.
Le « sweet spot »
Aussi étrange que cela puisse paraître, trop de soleil — non seulement dans des conditions de sécheresse, mais aussi dans des conditions de croissance normales — peut être difficile pour les plantes. C’est parce que les plantes ne peuvent utiliser que tant de soleil. Tout soleil reçu après ce « point de saturation lumineuse » n’aide pas la plante à croître ou même augmenter la photosynthèse. Au lieu de cela, il augmente le besoin d’eau de la plante. En d’autres termes, les plantes ont soif et veulent plus d’eau. Cela signifie qu’ils doivent être irrigués davantage.
Mais avec l’agrovoltaïque, les panneaux peuvent être positionnés pour donner aux plantes juste la bonne quantité de lumière du soleil et d’ombre. Et cela, à son tour, permet à l’excès de lumière du soleil d’être récolté pour l’électricité. L’avantage ici est que ce système peut produire jusqu’à 10 pour cent plus d’électricité, selon les essais sur le terrain effectués dans plusieurs États.
Ce surplus d’électricité peut ensuite être envoyé au réseau pour l’usage des consommateurs ou stocké dans des batteries pour faire fonctionner des tracteurs électriques et de l’équipement ou pour fournir de l’électricité à la maison et/ou à la grange du propriétaire.
« Le point doux » est de savoir comment l’Université du Massachusetts agronome Stephen Herbert, auteur de « Cultiver des légumes sous pv solaire, » se réfère au positionnement qui permet au maximum de soleil pour atteindre le sol afin que la végétation obtient ce dont elle a besoin tandis que le reste est capturé pour produire de l’électricité.
Ou comme le dit le site web du Laboratoire national des énergies renouvelables : « Sous les panneaux solaires, les graines de l’opportunité poussent. »
Ah, ombre, ombre bénie
Quiconque est au soleil depuis trop longtemps sait combien il est merveilleux de s’échapper à l’ombre. Un peu d’eau, oui, mais certainement pas autant qu’une culture « assoiffée » aurait besoin pour l’irrigation.
Les essais sur le terrain effectués dans le cadre d’un projet d’extension de l’Université de l’Oregon ont montré que chaque événement d’irrigation dans un système agrovoltaïque peut soutenir la croissance des cultures pendant des jours au lieu de seulement quelques heures comme dans un milieu agricole typique.
Dans un essai sur le terrain, lors de l’irrigation tous les deux jours, l’humidité du sol est restée environ 15 pour cent plus élevée dans le système agrovoltaïque que dans la parcelle de contrôle.
Non seulement cela, l’ombre a fourni des températures diurnes plus fraîches et des températures nocturnes plus chaudes que dans le cadre conventionnel.
Les nouvelles étaient également bonnes pour la production agricole dans un essai « jardin salsa. » La production totale de poivre de chiltepin était trois fois plus élevée dans le système agrovoltaïque que dans le cadre de contrôle. Et la production de tomates cerises a doublé.
La culture de cultures dans un système agrovoltaïque était également bonne pour les panneaux, car elle a aidé à les garder au frais. Cela, à son tour, les a rendus plus efficaces. Les panneaux solaires perdent réellement l’efficacité quand ils deviennent trop chauds.
Les cultures appropriées pour pousser de cette façon sont les laitues, tomates, poivrons, bette à carde, chou frisé, brocoli et choux de Bruxelles, et quelques herbes ainsi que pla literiecultures de pépinière et d’arbres fruitiers ou d’arbustes de petite taille. En outre, le bétail de petite à moyenne taille pouvait être brouté dans des terres séparées des cultures. Mais pas les chèvres, elles sont trop fringantes.
Les abeilles aiment aussi les milieux agrovoltaïques. Un apiculteur a dit qu’il obtient un prix plus élevé pour son miel parce que les clients apprécient les avantages environnementaux de l’agrovoltaïque.
Toutefois, les cultures qui ont besoin de beaucoup de lumière du soleil, par exemple, la pastèque, l’aubergine, le maïs et certains types de poivre, pourraient ne pas être aussi réussies.
Bottlomline, il reste encore beaucoup à faire sur la façon dont diverses cultures pousseront dans un système agrovoltaïque et dans quelles régions elles fonctionneront bien.
Une étude récente de l’OSU estime que la conversion de seulement 1 pour cent des terres agricoles américaines en agrovoltaïques permettrait d’atteindre les objectifs du pays en matière d’énergie renouvelable, d’économiser l’eau et de créer un système alimentaire durable à long terme. En outre, cela donnerait aux agriculteurs plus de possibilités économiques, ce qui aiderait à maintenir les terres agricoles en production. Cela se traduit par des avantages pour les consommateurs. Plus de nourriture signifie des personnes en meilleure santé et donc moins de malnutrition.
En revanche, l’installation typique d’énergie solaire, où les panneaux sont proches du sol et le terrain couvert de gravier, n’est pas slam dunk quand il s’agit d’énergie renouvelable. Loin de là. Il faudrait 32 acres de terre pour fournir de l’électricité à 1 000 foyers.
Selon le National Renewable Energy Laboratory, d’ici 2030, l’énergie solaire à l’échelle des services publics pourrait couvrir près de 2 millions d’acres de terres aux États-Unis. Le problème avec cela est que le développement solaire traditionnel monopoliserait cette terre pour une seule utilisation: l’énergie
Demandez à un agriculteur
Paul Knowlton, agriculteur du Massachusetts, sait tout de la valeur de l’énergie solaire. Il dispose déjà de 18 000 panneaux solaires sur 19 acres, ce qui fournit suffisamment d’énergie propre pour près de 1 200 maisons. C’est une récolte pour lui.
Mais maintenant, il va aller plus loin. Il prévoit d’étendre l’énergie solaire sur sa ferme à un autre 14 acres. Mais cette fois, il utilisera l’agrovoltaïque.
Les panneaux solaires seront montés sur des supports à environ 8 pieds du sol, une hauteur qui permettra aux machines agricoles de fonctionner sous eux. Et, bien sûr, cela lui permettra aussi de cultiver des cultures en dessous d’eux. De cette façon, il va obtenir une « double récolte » de la terre: l’énergie et la nourriture.
Un autre avantage à ce genre de configuration est que les ouvriers agricoles seront en mesure de rester plus frais. Les données préliminaires montrent que la température de la peau peut être d’environ 18 degrés plus fraîche lorsque vous travaillez dans un environnement agrovoltaïque que dans un cadre traditionnel. C’est important parce que dans le Sud-Ouest, par exemple, les travailleurs agricoles subissent un nombre inquiétant de coups de chaleur et de décès liés à la chaleur.
Iain Ward, un expert en énergie solaire et planificateur foncier qui a aidé à concevoir ce nouveau système pour la ferme de Knowlton se réfère à elle comme une technologie révolutionnaire. Les panneaux de ce projet sont un design translucide innovant. Bien que le haut des panneaux absorbent l’énergie du soleil, ils laissent aussi passer un peu de lumière. Et parce qu’ils peuvent capturer la lumière du soleil réfléchie sur le sol, ils sont plus efficaces.
Un programme SMART d’État, qui offre des subventions pour étendre l’énergie solaire conventionnelle et lancer la technologie à double usage, finance le projet. Les représentants de l’État espèrent mettre en place de 18 à 19 projets pour être prêts pour la prochaine saison agricole.
Comme c’est le cas avec la plupart des agriculteurs, l’agriculteur du Colorado Byron Kominek, propriétaire de Jack’s Solar Garden près de Boulder, CO, aime son tracteur. Mais il aime aussi savoir que les tracteurs et les agrovoltaïques font une bonne équipe.
« L’idée que notre terre peut faire plus que simplement créer de l’électricité, que nous pouvons également comprendre comment produire de la nourriture en combinaison avec notre panneau solaire est très intéressant, dit-il.
« La société doit trouver comment tirer le meilleur parti de nos ressources naturelles tout en ne les appauvrissant pas — en fait, nous devons trouver la meilleure façon de les utiliser tout en les améliorant, ce qui est une possibilité pour l’agrovoltaïque.
Cette année, il plantera ses premières récoltes dans une installation agrovoltaïque sur sa ferme — 30 cultures différentes, ainsi que des graminées des Prairies et des mélanges de graines de fleurs sauvages, sur 5 acres.
« Je cherchais autre chose à faire », a-t-il dit, faisant référence aux années précédentes de culture du foin et des graminées pour le bétail — ce que sa ferme fait depuis 1972. « Nous voulons aller de l’avant. »
Kominek est également enthousiaste à l’idée de « faire passer le mot » sur la valeur de l’agrovoltaïque et les avantages qu’elle offre aux agriculteurs et aux communautés.
Jack’s Solar Garden éduquera la prochaine génération en offrant des visites scolaires régulières sous ses panneaux solaires. Les agriculteurs, les représentants du gouvernement, les étudiants et le public seront invités à visiter la ferme. L’objectif de ces visites est de faire connaître la possibilities agrivoltaics offre à la société.
« Grâce à l’innovation et à l’ouverture que nous offrons, nous espérons inspirer notre communauté à soutenir les agriculteurs locaux qui s’engagent dans des voies créatives pour améliorer notre communauté avec des aliments produits localement et de l’énergie solaire », indique l’énoncé de vision de la ferme.
Pour plus d’informations sur le bénévolat ou la visite de Jack’s Solar Garden visitez son site Web.
Kominek travaille sur la nouvelle entreprise de sa ferme en partenariat avec le National Renewable Energy Laboratory, l’Université d’État du Colorado et l’Université de l’Arizona.
Allez ici pour un guide des agriculteurs pour aller solaire. Ce site a une longue liste de questions (et réponses) que les agriculteurs pourraient avoir.
Rendez-vous ici (https://openei.org/wiki/InSPIRE/Project) Pour en savoir plus sur les efforts déployés pour siter l’énergie solaire et l’agriculture dans le cadre du projet InSPIRE du département de l’Énergie.
Qu’en est-il de la salubrité des aliments
Stephen Herbert, professeur d’agriculture à la Stockbridge School of Agriculture dans le Massachusetts, a déclaré qu’il ne voit pas plus de problème quand il s’agit de sécurité alimentaire que dans les cultures cultivées conventionnellement, tant qu’il ya une circulation d’air abondante et le modèle d’ombre se déplace pendant la journée de sorte que toutes les parties de la zone de croissance reçoivent un soleil direct pendant chaque journée.
La distance minimale d’écart qu’il recommanderait est de 4 pieds avec des panneaux solaires disposés horizontalement.
« Et comme la plupart des installations solaires sont clôturées, la plupart des espèces sauvages seraient exclues, ce qui assurerait davantage la salubrité des aliments », a-t-il dit.
Il s’agit d’une considération importante parce que la faune errant à travers les cultures laisse souvent des excréments. Dans un cas dans l’Oregon ces dernières années, certaines personnes sont tombées malades et une personne est morte après avoir mangé des fraises contaminées par E. coli de excréments de cerfs dans le champ.
Don Stoeckel, chercheur à la Produce Safety Alliance, a des questions sur la faune en matière de salubrité des aliments. Il s’interroge sur l’incursion de la faune et sur l’incidence de l’infrastructure solaire sur cette question. Par exemple, les oiseaux se perchent-ils sur les panneaux ou les structures de soutien, ce qui pose un risque pour tout produit qui pousse en dessous. Et les rongeurs ? Cherchent-ils refuge à l’ombre des panneaux ?
Trevor Suslow, expert en salubrité des aliments et spécialiste émérite de la recherche sur la vulgarisation à l’Université de Californie-Davis, qui se spécialise dans la qualité des produits pré-commercialisés et post-cédants et la sécurité microbienne, a déclaré que les cultures spécialisées rarement consommées crues — c’est-à-dire généralement cuites, ce qui tue les pathogènes d’origine alimentaire ou les cultures non alimentaires, comme les cultures ornementales — « pourraient être une meilleure cible pour la preuve de concept » de la technologie agrovoltaïque.
Il a souligné que tout système de production agricole mené en milieu ouvert est susceptible de subir des sources potentielles et diversifiées de contamination, et non pas efficacement empêché par la clôture ou le criblage.
« Les sites et structures agrovoltaïques devraient être évalués en fonction de leur potentiel de fournir des sites de repos et de nidification aux oiseaux ou à d’autres vecteurs potentiels d’agents pathogènes d’origine alimentaire », a-t-il déclaré. «
L’ombrage peut réduire la consommation d’eau et même, potentiellement, réduire certaines blessures solaires dans les cultures à des stades sensibles, l’échaudage du soleil des légumes-fruits, par exemple, a déclaré Suslow.
Mais d’un autre côté, il a dit que l’ombrage est connu pour augmenter le potentiel de persistance d’agents pathogènes bactériens zoonotiques à la surface d’une culture — laitue et épinards par exemple — et l’ombrage modifie également l’habitude de croissance, la structure de surface, l’épaisseur des cuticules, et d’autres aspects végétaux montrés pour potentiellement augmenter l’attachement pathogène, la survie et l’internalisation.
En outre, le dit que trop d’ombrage aux étapes clés du développement peut entraîner des structures de feuilles plus minces ou des structures plus minces muraux de fruits, conduisant à une réduction de l’expédition et la durée de conservation.
Bien qu’il puisse apprécier les avantages offerts par l’agrovoltaïque, M. Suslow a dit qu’il est important de s’assurer que « la salubrité et la qualité des aliments font partie du mélange ».
La carte globale
Le Japon a été le pionnier de l’agrovoltaïque. Entre 2004 et 2017, plus de 1 000 centrales en plein champ ont été développées dans ce pays.
Certains des autres pays utilisant l’agrovoltaïque sont la Chine, la Corée du Sud, l’Inde, la Malaisie, le Vietnam, l’Autriche, l’Italie et la France.
Certains chercheurs affirment que la plupart des gens ne réalisent pas à quel point l’agrovoltaïque va changer la « carte mondiale de l’agriculture » à l’avenir.
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