D’après pv magazine International
Un groupe de scientifiques de l’Université espagnole de Jaén et de l’Université italienne Sapienza de Rome a étudié comment les systèmes agrivoltaïques bifaciaux peuvent être combinés avec la croissance des oliviers. Les résultats ont été présentés dans l’article intitulé « Enhancing land use : Integrating bifacial PV and olive trees in agrivoltaic systems », publié dans Applied Energy.
« En considérant trois variétés d’olives distinctes (Picual, Manzanilla et Chemlali) et en explorant diverses configurations de systèmes photovoltaïques bifaciaux, la recherche vise à optimiser à la fois les rendements globaux de la production d’énergie et de la production d’olives », ont-ils déclaré. Le groupe de recherche a testé différentes configurations de systèmes en fonction de l’angle d’inclinaison et de la hauteur des modules solaires. Les scénarios ont été analysés dans un logiciel de simulation et modélisés à l’aide de l’approche du raytracing, qui tient compte de la manière dont la lumière interagit avec les objets.
Pour les simulations, les universitaires ont supposé un système agrivoltaïque bifacial fonctionnant dans la ville de Jaén, dans le sud de l’Espagne, avec des valeurs d’irradiation et de température correspondant à une année météorologique typique. La ferme simulée avait une superficie de 860 m2, ce qui correspond à une forme rectangulaire d’une longueur de 41,42 mètres et d’une largeur de 20,76 m. Elle comprenait huit rangées d’oliviers et sept rangées de panneaux photovoltaïques dans le cadre d’une approche de culture super-intensive.
Inclinaison et hauteur des panneaux, deux paramètres clés
« Dans ce type d’oléiculture, les arbres sont généralement disposés de manière rectangulaire avec un schéma de plantation de 4-5 m × 2-3 m, ce qui laisse suffisamment d’espace entre les rangées pour accueillir les modules photovoltaïques, expliquent-ils. Les plantations super intensives nécessitent des sols modérément inclinés, ce qui facilite l’installation de structures photovoltaïques ».
Dans leur simulation, les troncs d’arbres ont un rayon de 0,25 m et une hauteur de 1 m, tandis que la couronne a un rayon de 1 m et une hauteur de 1,5 m. La hauteur totale est considérée comme étant de 2,5 m, ce qui représente la hauteur moyenne des oliviers dans cette approche de culture. Les modèles bifaciaux sont supposés avoir une taille de 1,755 m x 1,038 m et être placés sur des moyeux d’une hauteur minimale de 3 m pour assurer le déplacement des machines de récolte. « La quantité de rayonnement solaire qui atteint la face arrière du module photovoltaïque bifacial est directement liée aux coefficients d’albédo des arbres et du sol, ajoutent les scientifiques. Dans cette étude, l’albédo à large bande utilisé pour les arbres est de 0,309. De plus, le sol léger a été utilisé avec un albédo à large bande de 0,25 ».
La température a été fixée à 21 °C et l’humidité à 40 %, la simulation supposant 16 heures de lumière par jour. Pour calculer le rendement des oliviers, la réponse de l’assimilation brute du carbone à la lumière absorbée a été évaluée. Cela indique l’efficacité quantique de la photosynthèse chez les oliviers, c’est-à-dire leur capacité à convertir l’énergie lumineuse en énergie chimique.
Chaque configuration a été mesurée avec des angles d’inclinaison de 0, 20, 40, 60, 80 et 9 degrés, et des hauteurs de moyeu de 3 m, 3,5 m, 4 m et 4,5 m. Les trois variétés d’olives ont été choisies en raison de leurs différentes réactions à la lumière, car elles sont présentes dans différentes zones géographiques. Les olives Picual se trouvent principalement à Jaén, les olives Manzanilla sont endémiques à Séville, en Espagne, et les olives Chemlali se trouvent dans divers pays méditerranéens, en particulier en Tunisie.
« Dans l’ensemble, les résultats indiquent que la variation de l’angle d’inclinaison a un impact plus important sur le rendement photovoltaïque, tandis que la variation de la hauteur des modules photovoltaïques affecte principalement le rendement des oliviers, ont avancé les scientifiques. Les résultats indiquent que les modules PV inclinés près de la latitude du site atteignent le rendement énergétique le plus élevé, tandis que les modules orientés verticalement conduisent au plus grand rendement en olives »
Le ratio d’équivalent terre maximal (LER), qui quantifie la productivité de la terre pour les productions combinées d’énergie et de cultures, était de 171 % de ce que chaque système produirait individuellement s’il était mis en œuvre séparément dans la même zone. Il a été atteint à un angle d’inclinaison de 20 degrés et à une hauteur de 3 m. Le LER le plus bas a été atteint à 90 degrés, à une hauteur de 4 m. « L’évaluation des variétés d’oliviers révèle une dépendance modérée à l’ombrage, ce qui fait de toutes les variétés des candidats appropriés pour les applications agrivoltaïques », conclut l’équipe.
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En version 3D, le paramètre hauteur est moins impactant et le rendement électrique amplifié de 45% permet une conduite en effacement pilotée par un logiciel spécifiquement paramétré pour chaque culture. L’effet bifacial y enregistre un bonus compris entre 7 et 10% sur cultures et jusqu’à 15% en 2D sur serres.