Agri-photovoltaïque – La pièce manquante du puzzle pour les producteurs d'énergie et l'énergie agricole : Production d'électricité agricole grâce à l'agri-photovoltaïque

Lorsqu'on évoque la production d'énergie agricole ou l'utilisation des énergies renouvelables en agriculture, on pense généralement en premier lieu aux installations de biogaz. De fait, ces installations se sont largement répandues ces dix dernières années et représentent une part importante de la production d'électricité agricole à partir d'énergies renouvelables (18,45 % en 2021).

La biomasse provient majoritairement de résidus agricoles tels que le fumier, le lisier et la paille. Selon l'Agence pour les ressources renouvelables (FNR), seul un tiers de ce potentiel est actuellement exploité. Le bois énergie, qui comprend les résidus forestiers et industriels ainsi que les déchets de bois, est la deuxième forme de biomasse la plus utilisée. Les deux tiers de ce potentiel sont déjà exploités.

Un avantage important de la bioénergie est qu'elle peut être stockée et compenser les fluctuations de l'énergie éolienne et solaire.

Les inconvénients de la bioénergie sont particulièrement marqués lorsque la biomasse est cultivée. Les terres agricoles consacrées aux cultures énergétiques ne peuvent plus être utilisées pour la production alimentaire et fourragère. La demande croissante en biomasse entraîne des changements d'affectation des sols. À long terme, cette concurrence peut notamment faire grimper le prix des produits agricoles.

De plus, la biomasse est l'utilisation la moins efficace des énergies renouvelables. Son rendement (c'est-à-dire la quantité d'énergie produite sur une surface donnée) se situe entre 0,5 et 1 %. Le rendement d'un module solaire est d'environ 20 %. L'énergie éolienne et l'énergie solaire surpassent largement la biomasse en termes de rendement surfacique.

Part des énergies renouvelables dans la production brute d'électricité en Allemagne en 2020 et 2021 – Image : Xpert.Digital

Cette statistique présente la part des sources d'énergie renouvelables dans la production brute d'électricité en Allemagne en 2020 et 2021. En 2021, environ 7,5 % de la production brute totale d'électricité en Allemagne provenait de la biomasse.

Part des sources d'énergie renouvelables dans la production brute d'électricité en Allemagne en 2020

• Énergie éolienne (terrestre) – 18,40 %
• Photovoltaïque – 8,60 %
• Biomasse – 7,80 %
• Énergie éolienne (offshore) – 4,80 %
• Énergie hydroélectrique – 3,30 %
• Déchets municipaux – 1 %
• Énergie géothermique – 0,04 %

Part des sources d'énergie renouvelables dans la production brute d'électricité en Allemagne en 2021*

• Énergie éolienne (terrestre) – 15,80 %
• Photovoltaïque – 8,80 %
• Biomasse – 7,50 %
• Énergie éolienne (offshore) – 4,30 %
• Énergie hydroélectrique – 3,40 %
• Déchets municipaux – 1 %
• Énergie géothermique – 0,03 %

*Préliminaire.

Des modules solaires semi-transparents sont déjà utilisés dans un centre de recherche de la « Région modèle d'agrophotovoltaïque du Bade-Wurtemberg ».

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• Agri-Solar pour la culture fruitière : Agri-PV dans le Bade-Wurtemberg et la Rhénanie-Palatinat pour une culture fruitière neutre en CO2 (fruits et légumes)

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Énergies renouvelables – Production d'électricité en Allemagne par source d'énergie en 2011 et 2021 – Image : Xpert.Digital

Production de biomasse

En 2011, la biomasse représentait 25,88 % de la production brute d'électricité issue des seules sources d'énergie renouvelables (124,02 térawattheures/TWh). En 2021, la production brute totale d'énergie renouvelable a atteint 238 TWh, soit une augmentation de près de 92 % en dix ans. La part de la biomasse, qui était de 25,88 % en 2011, a diminué pour s'établir à 18,45 % en 2021.

Puissance de sortie des éoliennes

L'énergie éolienne terrestre a également connu une forte augmentation de sa production d'électricité, grâce à la croissance de la capacité installée, notamment entre 2014 et 2017. Cependant, le rythme de cette expansion a considérablement ralenti ces dernières années. Le marché des éoliennes en mer a lui aussi subi d'importantes fluctuations récemment.

Production mondiale des centrales d'énergies renouvelables

À l'échelle mondiale, la capacité installée des centrales d'énergies renouvelables augmente chaque année. Récemment, l'Asie détenait la plus grande capacité installée. L'Europe, quant à elle, affichait une capacité installée légèrement inférieure à la moitié de celle de l'Asie. Parmi les énergies renouvelables, l'hydroélectricité était la source d'énergie ayant la plus grande capacité installée au monde.

Production brute d'électricité à partir d'énergies renouvelables en Allemagne, par source d'énergie, en comparaison annuelle 2011

• Énergie éolienne terrestre – 49,20 térawattheures
• Photovoltaïque – 19,60 térawattheures
• Biomasse – 32,10 en térawattheures
• Énergie éolienne offshore – 0,60 térawattheure
• Énergie hydroélectrique* – 17,70 térawattheures
• Déchets ménagers** – 4,80 térawattheures
• Énergie géothermique – 0,02 térawattheure

Production brute d'électricité à partir d'énergies renouvelables en Allemagne, par source d'énergie, en comparaison annuelle 2021

• Énergie éolienne terrestre – 92 térawattheures
• Photovoltaïque – 51,20 térawattheures
• Biomasse – 43,90 en térawattheures
• Énergie éolienne offshore – 25,30 térawattheures
• Énergie hydroélectrique* – 19,70 térawattheures
• Déchets ménagers** – 5,70 térawattheures
• Énergie géothermique – 0,20 térawattheure

* Production d'électricité dans les centrales hydroélectriques au fil de l'eau et à accumulation, ainsi que production à partir des apports naturels dans les centrales de pompage-turbinage.
** Production d'électricité uniquement à partir de la fraction biogénique des déchets ménagers (environ 50 %).

Bien que la biomasse n'ait pas connu un développement aussi rapide ces dix dernières années et ait été supplantée par le photovoltaïque, son stockage et sa disponibilité demeurent un atout majeur, qu'il convient de promouvoir davantage. Il est évident pour tous les acteurs concernés que la biomasse ne peut être développée au même rythme que l'énergie solaire. Toutefois, des progrès significatifs restent possibles, notamment en ce qui concerne l'expansion du potentiel existant.

Même l'agrivoltaïsme ne peut compenser le désavantage d'un faible stockage d'énergie. Comparé à la biomasse, aucun stockage d'énergie n'offre un impact environnemental aussi positif. En bref, le stockage de la biomasse sera toujours moins coûteux, ce qui se reflète également dans l'évaluation d'impact environnemental. L'impact environnemental du stockage d'énergie n'est positif que si l'énergie utilisée pour sa production est économisée lors de son utilisation.

La combinaison et l'expansion des fonctionnalités de la biomasse avec l'agri-photovoltaïque permettent une densification et une augmentation du potentiel de production d'électricité agricole !

Grâce aux modules solaires transparents, les zones rurales à vocation agricole bénéficient d'un accès à une source d'énergie élargie et économique. Ceci concerne les terres fertiles et précieuses pour l'agriculture qui ne peuvent être utilisées pour la production d'énergie photovoltaïque, comme c'est le cas pour les systèmes au sol.

La transmission de la lumière par les modules solaires transparents permet la production d'électricité tout en autorisant simultanément la culture et la croissance des plantes.

La situation est différente pour les installations également appelées centrales solaires au sol, centrales solaires en plein air ou parcs solaires. Ces installations doivent impérativement se dérouler dans des zones où la culture agricole rentable est impossible. Il s'agit de « zones défavorisées » où les conditions naturelles difficiles, dues à l'altitude, à la pente, aux conditions climatiques, à l'accessibilité ou à la faible qualité des sols, sont plus susceptibles d'entraîner l'abandon de l'agriculture que dans les zones non défavorisées. Les zones défavorisées sont subdivisées en zones montagneuses, zones agricoles défavorisées et petites parcelles.

La composition et la fertilité du sol (points de sol) jouent également un rôle important. Cela inclut la Valeur Comparative Agricole (VCA). Celle-ci représente la rentabilité agricole ou horticole approximative d'une exploitation, conformément à la loi sur l'évaluation des terres arables du 16 octobre 1934. Les calculs de la VCA prennent en compte des facteurs tels que la fertilité du sol, ses caractéristiques générales, sa qualité, les conditions climatiques et l'irrigation.

Si ces facteurs et les caractéristiques du sol sont jugés favorables, et qu'en conséquence l'autorisation de construire un parc solaire ou une installation photovoltaïque au sol sur ces terres agricoles exploitables est refusée, l'agrivoltaïsme devient une alternative intéressante et une solution plus efficace. Cette approche permet en effet de doubler l'utilisation des terres agricoles.

Agriphotovoltaïque pour l'agriculture et la transition énergétique – Image : Xpert.Digital / affendi shahidan|Shutterstock.com

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En harmonisant la loi sur les énergies renouvelables (EEG), l'Allemagne a créé les conditions propices au déploiement à grande échelle de systèmes agrivoltaïques (AgriPV) et à la compensation de leur production. Ce changement de paradigme est indispensable, car il permet d'exploiter au maximum les terres disponibles pour le développement du photovoltaïque. Sans cela, les objectifs de développement de l'énergie solaire fixés pour la transition énergétique en Europe seront inatteignables. La double vocation des terres agricoles est un facteur crucial pour que l'Allemagne puisse quadrupler sa capacité photovoltaïque installée d'ici 2030, pour atteindre 215 gigawatts, en seulement sept ans. Environ 54 GW ont été installés ces 25 dernières années.

L'un des principaux avantages des systèmes agrivoltaïques décentralisés réside dans le fait qu'une part importante de leur production d'électricité est souvent consommée localement, et que le raccordement au réseau ne nécessite généralement pas l'extension considérable de ce dernier requise pour d'autres systèmes au sol. Deux systèmes distincts ont émergé.

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