Des panneaux solaires teintés pourraient augmenter les revenus des agriculteurs

Des panneaux solaires teintés pourraient augmenter les revenus des agriculteurs

Alliance pour la Science*

Image : serre avec panneaux solaires teintés. Paolo Bombelli/Université de Cambridge

Des panneaux solaires teintés et semi-transparents peuvent produire de l'électricité et permettre simultanément des cultures de qualité nutritionnelle supérieure, offrant ainsi aux agriculteurs la perspective de revenus plus élevés et d'une utilisation maximale de leurs terres.

En permettant aux agriculteurs de diversifier leur portefeuille, ce système novateur pourrait offrir une protection financière contre les fluctuations des prix du marché ou les changements de la demande et atténuer les risques liés à un climat peu fiable, selon une nouvelle étude. À plus grande échelle, il pourrait accroître considérablement la capacité de production d'électricité solaire sans compromettre la production agricole.

« Avec autant de cultures actuellement produites sous une couverture transparente d'un type ou d'un autre, il n'y a pas de perte de terres pour la production supplémentaire d'énergie à l'aide de panneaux solaires teintés », a déclaré la Dre Elinor Thompson de l'Université de Greenwich et principal auteur de l'étude.

Ce n'est pas la première fois que des cultures et de l'électricité sont produites simultanément à l'aide de panneaux solaires semi-transparents – une technique appelée « agrovoltaïque ». Mais dans une adaptation inédite, les chercheurs ont utilisé des panneaux de couleur orange pour exploiter au mieux les longueurs d'onde – ou les couleurs – de la lumière qui pourrait les traverser.

Les panneaux solaires teintés absorbent les longueurs d'onde bleues et vertes pour produire de l'électricité. Les longueurs d'onde orange et rouge passent à travers, permettant aux plantes situées en dessous de croître. Bien que la culture reçoive moins de la moitié de la quantité totale de lumière qu'elle recevrait si elle était cultivée dans un système agricole standard, les couleurs qui passent à travers les panneaux sont celles qui conviennent le mieux à sa croissance.

« Pour les cultures de grande valeur comme le basilic, la valeur de l'électricité produite compense juste la perte de production de biomasse causée par les panneaux solaires teintés », a déclaré le Dr Paolo Bombelli, un chercheur du département de biochimie de l'Université de Cambridge, qui a dirigé l'étude. « Mais lorsque la valeur de la production était plus faible, comme dans le cas des épinards, cette nouvelle technique agrovoltaïque présentait un avantage financier important. »

L'agrovoltaïque pour la double génération alimentaire et énergétique mise en œuvre avec un panneau solaire semi-transparent teinté. A) Spectre du rayonnement solaire dans le domaine du visible au niveau du sol. B) Spectre d'absorption du panneau solaire photovoltaïque semi-transparent teinté (simple jonction a-Si) utilisé dans cette étude. C) Spectre d'absorption pour une feuille de basilic. D) Représentation schématique de l'intrant (énergie solaire) et des deux sorties contextuelles de l'agrovoltaïque (c'est-à-dire électricité et biomasse).

La valeur combinée des épinards et de l'électricité produite à l'aide du système agrovoltaïque teinté était 35 % plus élevée que la culture des épinards seule dans des conditions de production normales. En revanche, le gain financier brut pour le basilic cultivé de cette manière n'était que de 2,5 %. Les calculs ont utilisé les prix actuels du marché : le basilic se vend environ cinq fois plus cher que les épinards. La valeur de l'électricité produite a été calculée en supposant qu'elle serait vendue au réseau national italien, où l'étude a été réalisée.

« Nos calculs sont une estimation assez prudente de la valeur financière globale de ce système. En réalité, si un agriculteur achetait de l'électricité au réseau national pour faire fonctionner ses installations, le bénéfice serait beaucoup plus important », a déclaré le professeur Christopher Howe du département de biochimie de l'Université de Cambridge, qui a également participé à la recherche.

L'étude a révélé que le rendement commercialisable du basilic cultivé sous les panneaux solaires teintés a diminué de 15 % et celui des épinards d'environ 26 %, par rapport aux conditions de culture normales. Cependant, les racines des épinards poussaient beaucoup moins que leurs tiges et leurs feuilles : avec moins de lumière disponible, les plantes affectaient leur énergie à la production de leurs « panneaux solaires biologiques » pour capter la lumière.

L'analyse en laboratoire des épinards et des feuilles de basilic cultivés sous les panneaux a révélé que les deux avaient une concentration plus élevée de protéines. Les chercheurs pensent que les plantes pourraient produire des protéines supplémentaires pour augmenter leur capacité de photosynthèse dans des conditions de lumière réduite. Dans une adaptation supplémentaire à la lumière réduite, les tiges plus longues produites par les épinards pourraient faciliter la récolte en soulevant les feuilles plus loin du sol.

« Du point de vue d'un agriculteur, il est avantageux que vos légumes verts produisent des feuilles plus grandes – c'est la partie comestible de la plante qui peut être vendue », a déclaré M. Bombelli. « Et comme la demande mondiale de protéines continue de croître, les techniques qui permettent d'augmenter la quantité de protéines des plantes cultivées seront également très bénéfiques. »

Toutes les plantes vertes utilisent la photosynthèse pour convertir la lumière du soleil en énergie chimique qui alimente leur croissance. Les expériences ont été menées en Italie à l'aide de deux cultures expérimentales. L'épinard (Spinacia oleracea) représentait une culture de saison hivernale : il peut pousser avec moins d'heures de lumière du jour et tolérer un temps plus froid. Le basilic (Ocimum basilicum) est une culture d'été, qui nécessite beaucoup de lumière et des températures plus élevées.

Les chercheurs discutent actuellement d'autres essais du système pour comprendre dans quelle mesure il fonctionnerait pour d'autres cultures et comment la croissance sous une lumière rouge et orange prédominante affecte les cultures au niveau moléculaire.

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* Source : https://allianceforscience.cornell.edu/blog/2020/08/tinted-solar-panels-could-boost-farm-incomes/