Comment combiner agrivoltaïsme hors réseau et production d’hydrogène à grande échelle

Au Royaume-Uni, des scientifiques ont simulé une façon d’utiliser une installation d’agrivoltaïsme hors réseau de 1 GW pour alimenter des véhicules électriques à pile à combustible à hydrogène en Australie, en Californie, en Chine, au Nigéria et en Espagne. Leur analyse technico-économique a montré que la combinaison proposée pouvait fournir un coût actualisé de l’hydrogène (LCOH) compris entre 3,71 et 7,73 €/kg.

décembre 9, 2024 Emiliano Bellini

Dimensions de l’installation agrivoltaïque

Image : University of Exeter, Energy Conversion and Management, Common License CC BY 4.0

D’après pv magazine International

Des chercheurs de l’Université d’Exeter, au Royaume-Uni, ont simulé la production d’hydrogène avec une installation d’agrivoltaïsme de 1 GW en Australie, en Californie, en Chine, au Nigéria et en Espagne. Leurs travaux ont montré que la tomate pourrait être la culture la mieux adaptée pour pousser sous les panneaux solaires. « Produire de l’hydrogène grâce à l’agrivoltaïsme serait également techniquement et économiquement faisable sous le seuil de 1 GW, a expliqué Aritra Gosh, principal auteur de l’étude, à pv magazine. Cette capacité n’a pas été choisie pour des raisons d’économies d’échelle, bien que la combinaison proposée puisse en bénéficier. Nous avons retenu la taille de 1 GW pour fournir un point de référence clair qui parle aux acteurs de l’industrie et du gouvernement et faciliter les comparaisons avec d’autres projets d’énergies renouvelables à grande échelle. Des projets à plus petite échelle ou connectés au réseau sont aussi faisables. »

Dans l’article « Analysis of large-scale (1GW) off-grid agrivoltaic solar farm for hydrogen-powered fuel cell electric vehicle (HFCEV) charging station » publié dans Energy Conversion and Management, Aritra Gosh et ses collègues précisent que les cinq emplacements sélectionnés devraient, selon les prévisions, afficher une demande élevée pour le ravitaillement en hydrogène. Les chercheurs ont choisi des endroits proches de grandes villes et de grands axes routiers, afin d’éviter des coûts supplémentaires liés au transport de l’hydrogène. La configuration proposée comprend une installation agrivoltaïque hors réseau de 1 GW, 300 électrolyseurs à membrane échangeuse de protons (PEM), des convertisseurs, des compresseurs ainsi que des systèmes de stockage pour alimenter des véhicules électriques à pile à combustible à hydrogène. Le système de ravitaillement en hydrogène est composé de réservoirs de stockage à haute pression et d’une station de ravitaillement en hydrogène, et il existe une demande en ravitaillement pour les voitures.

Schéma du système proposé
*Image : University of Exeter, Energy Conversion and Management, Common License CC BY 4.0*

Le dispositif agrivoltaïque proposé utilise 2 272 752 modules solaires bifaciaux monocristallins affichant chacun une puissance de sortie de 440 W, et 200 onduleurs d’une capacité nominale de 500 kW chacun. Les panneaux présenteraient une inclinaison de 20 degrés et seraient répartis sur une surface de 5 095 083 m2. « Outre le système d’agri-PV, un système PV solaire monté au sol a été conçu et simulé dans PVsyst afin de faciliter le calcul du taux d’équivalence en superficie de cultures pour chaque emplacement », indiquent les scientifiques. Le taux d’équivalence en superficie de cultures est une méthode permettant de mesurer l’efficacité de l’utilisation des sols pour la production simultanée de cultures et d’électricité.

Leur analyse technico-économique a porté sur 125 configurations de sites et pris en compte la valeur actuelle nette (VAN), le taux de rendement interne (TRI), les bénéfices totaux, le délai d’amortissement simple, les dépenses en capital, les charges d’exploitation et le coût actualisé de l’hydrogène (LCOH). Selon les chercheurs, elle montre que la combinaison proposée pourrait fournir un coût actualisé de l’hydrogène (LCOH) compris entre 3,71 €/kg au Nigéria et 7,73 €/kg en Espagne. Elle indique aussi que le site du Nigéria compte le plus grand nombre de ravitaillements de véhicules en hydrogène, avec 3,75 millions par an, tandis que le site de l’Espagne en compte le moins, avec 3,11 millions par an.

L’étude indique par ailleurs que la tomate serait la culture la mieux adaptée pour pousser sous les panneaux, avec des pertes de rendement agricole estimées entre 9,40 % et 36,94 %. « Notre analyse s’est penchée sur la culture de la tomate car celle-ci est adaptée aux types de sol de tous les emplacements étudiés, précise Aritra Gosh. La tomate n’est pas la culture la plus tolérante à l’ombre pouvant être cultivée dans un système agrivoltaïque ; ainsi, certaines cultures plus tolérantes à l’ombre pourraient permettre d’atteindre des rendements moins réduits, voire même une hausse des rendements dans certaines conditions climatiques, par exemple lorsque le dispositif PV fournit un microclimat avantageux (ombre protégeant d’une irradiation ou d’une chaleur trop intenses et augmentation de l’humidité) ». D’après Aritra Gosh, les conclusions de l’étude montrent que l’association de l’agrivoltaïsme hors réseau et de la production d’hydrogène constitue un modèle viable pour améliorer l’utilisation des sols tout en générant des revenus supplémentaires. « Les avantages tirés de la mise en valeur des terres et des revenus supplémentaires provenant de la production d’électricité devraient compenser la baisse des rendements agricoles, souligne-t-il. Les principales conclusions indiquent que tous les sites sont adaptés à des applications d’agrivoltaïsme ».

Traduction assurée par Christelle Taureau

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