Agrivoltaïque: solaire sur les cultures

Les parcs solaires ont besoin de terrains, et les meilleurs terrains pour le solaire, ouverts, plats et ensoleillés, sont souvent des terres agricoles. Cela crée un conflit silencieux entre la nourriture et l’énergie. L’agrovoltaïque (également appelé agrophotovoltaïque ou partage solaire) tente de le dissoudre : des panneaux sur de hauts supports ou en rangées largement espacées, avec des cultures ou du pâturage sous et entre eux.

Le résumé honnête: l’agrovoltaïque est prouvé pour augmenter la production totale d’un hectare, souvent de 50 à 80%, mais il abandonne toujours un peu d’électricité par rapport à une ferme solaire normale, abandonne souvent un certain rendement des cultures par rapport à un champ ouvert, et coûte plus cher à construire que l’un ou l’autre. Elle gagne là où l’ombre aide la culture, où la terre est trop précieuse pour y renoncer ou où les règles exigent que l’agriculture continue.

Ce qu’il est

Il existe trois conceptions générales (Fraunhofer ISE, 2024):

• Systèmes aériens (sur pilotis). Panneaux sur un cadre de quatre à six mètres de haut, pour que les tracteurs et les moissonneuses-batteuses puissent passer en dessous. L’exemple le mieux étudié est Heggelbach dans le sud de l’Allemagne.
• Systèmes d’espaces intermédiaires. Rangées de panneaux à hauteur normale avec des bandes larges entre elles. Les panneaux verticaux à deux faces (bifaciaux) orientés est et ouest sont une variante : à Eppelborn-Dirmingen en Allemagne, un système vertical de 2 MW laisse au moins 90 % des terres cultivables.
• Habitat de pâturage et de pollinisateurs sous les fermes solaires conventionnelles. Les moutons sous panneaux sont courants; la valeur agricole par hectare est inférieure, et certains experts ne comptent pas du tout cela comme agrovoltaïque.

Les serres avec toits solaires et panneaux sur les vergers, vignes et petits fruits (où ils peuvent remplacer les filets de grêle et les couvertures en plastique) se trouvent entre ces types.

Comment ça marche

La lumière est partagée, pas doublée. La lumière du soleil sur un champ est un budget fixe: environ 1000 à 2000 kWh par mètre carré et par an dans la plupart des régions agricoles. Les panneaux en interceptent une partie et la culture reçoit le reste. Le truc, c’est que de nombreuses cultures ne peuvent pas utiliser la pleine lumière du soleil en été. La photosynthèse dans une feuille augmente avec la lumière et s’aplatit ensuite à un point de saturation lumineuse; au-dessus, la lumière supplémentaire ajoute du stress thermique et hydrique plutôt que de la croissance. Les cultures tolérantes à l’ombre telles que les légumes-feuilles, le trèfle, de nombreux fruits et baies se saturent tôt et perdent peu lorsque la lumière est partiellement supprimée (Fraunhofer ISE, 2024). Les cultures affamés de soleil comme le maïs ou le blé en une année fraîche perdent plus.

Le ratio équivalent de terrain. La façon standard de juger un champ partagé est LER = Y_crop,shared / Y_crop,alone + Y_power,shared / Y_power,alone. En termes simples: ajoutez la part d’une récolte normale que vous obtenez encore à la part de l’électricité d’un parc solaire normal que vous obtenez. Un LER de 1,0 signifie que le partage n’est pas meilleur que la division du terrain en deux; 1,6 signifie qu’un hectare partagé fait le travail de 1,6 hectares séparés. La modélisation de Dupraz et collègues a prédit 1,35 à 1,73 pour le blé et le solaire dans le sud de la France (Dupraz et al., 2011).

L’ombre modifie le microclimat. Sous les panneaux, le sol reste plus frais au printemps et en été, moins d’eau s’évapore et, par temps chaud et sec, la culture peut se porter mieux qu’en plein champ (Barron-Gafford et al., 2019; Fraunhofer ISE, 2019). Les panneaux gagnent aussi : l’air humide au-dessus des plantes les garde légèrement plus fraîches que les panneaux sur le sol nu.

L’électricité par hectare diminue. Les rangées doivent être espacées pour la lumière et les machines, donc moins de panneaux s’adaptent. À Heggelbach, la capacité installée par hectare était inférieure d’environ 25 % à celle d’un parc solaire conventionnel, mais les panneaux double face situés en hauteur sur le sol captaient une lumière réfléchie supplémentaire, de sorte que l’électricité par hectare représentait 83 % de celle d’une ferme normale.

Les limites

Théorique. La lumière du soleil est partagée : chaque kilowattheure de lumière que les panneaux absorbent, la culture ne l’obtient pas. L’agrovoltaïque ne peut battre l’utilisation séparée des terres que lorsque la culture n’utilisait pas toute la lumière qu’elle recevait (ou en était endommagée). Avec une densité de panneaux élevée, les deux récoltes diminuent : un parc solaire normal couvre beaucoup plus de terrain que n’importe quelle culture ne peut tolérer.

Pratique.

• Choix des cultures. Les systèmes aériens coûtent au blé, aux pommes de terre et au céleri 18 à 19% de leur rendement pendant une année allemande normale. Cela n’est acceptable que si les revenus de l’électricité compensent et que la récolte reste au-dessus de ce que les agriculteurs considèrent comme étant commercialisable (environ 80%).
• Coûts de structure. Les grands châssis qui enjambent une moissonneuse-batteuse nécessitent plus d’acier et des fondations plus profondes: Fraunhofer estime à 372 € par kWp le montage de systèmes aériens contre 76 € pour les panneaux solaires au sol (Fraunhofer ISE, 2024).
• Lumière inégale et pluie. Les lignes d’ombre et de goutte à goutte se déplacent au cours de la journée, de sorte que les cultures poussent inégalement et que la pluie s’écoule des bords des panneaux en lignes à moins qu’elle ne soit collectée ou répartie.
• Travaux agricoles. Les supports se mettent en travers; à Heggelbach, les bandes autour d’eux ont pris 8% du champ hors de la production.
• Règles et terre. Dans de nombreux pays, un champ sous panneaux perd son statut agricole ou ses subventions à moins que des règles définissent ce qui compte comme véritable double usage, comme le font la norme allemande DIN SPEC 91434 et les appels d’offres français dédiés à l’agrovoltaïque (Fraunhofer ISE, 2024).

Projets réels, mesurés

Projet	Ce qu’il est	Ce qui a été mesuré ou déclaré	Source
Heggelbach, Allemagne (à partir de 2016)	194 kWp de panneaux double face sur des supports de 5 m sur un tiers d’hectare; rangées espacées de 9,5 m; blé, pommes de terre, céleri, trèfle	2017: clover −5.3%, other crops −18 to −19%; land use efficiency 160%. 2018 (hot, dry): celeriac +12%, potatoes +11%, wheat +3%, clover −8%; land use efficiency 186%. Light on the crop 30% lower. Electricity 1,266 kWh per kW in the first year and 1,285 kWh per kW in 2018 (249,857 kWh), against a German average of about 950	Fraunhofer ISE, 2017; 2019
Site d’essai Biosphere 2, Arizona, États-Unis	Légumes cultivés sous panneaux dans un climat sec, comparé à des parcelles ouvertes et une matrice solaire normale	L’ombre réduit le stress de sécheresse des plantes et augmente la production alimentaire pour certaines cultures; les panneaux sur les plantes sont plus frais que sur le sol nu	Barron-Gafford et al., 2019
Gelsdorf, Allemagne (2021)	258 kWp de panneaux semi-transparents sur un verger de pommiers bio, comparé aux filets anti-grêle et aux couvertures en plastique	Recherche sur la lumière, la protection des cultures et l’acceptation du public (résultats en cours)	Fraunhofer ISE, 2024
Bord du désert de Gobi, Chine	700 MWc sur les plantations de petits fruits, également destinés à ralentir la désertification	Capacité déclarée; aucune donnée indépendante sur les cultures publiée	Fraunhofer ISE, 2024
Japon, “partage solaire”	Plus de 3000 petits systèmes depuis 2013 Subventions	Nombre de systèmes signalés	Fraunhofer ISE, 2024

Deux leçons se dégagent. D’abord, le même système a donné un résultat de 160% une année et de 186% l’année suivante, parce que la météo a changé ce que l’ombre signifiait pour les cultures: l’agrovoltaïque doit être jugé sur plusieurs saisons. Deuxièmement, les plus grands systèmes du monde publient le moins de données sur les cultures. Les preuves les plus solides proviennent encore d’une poignée de sites de recherche.

Ce que ça coûte

Option	Coût de l’électricité	Année et source
Installations aériennes agrovoltaïques hautes (plus de 4 m), Allemagne	environ 0,08 € par kWh en moyenne (8,15 cents d’euro), environ 50% au-dessus du solaire au sol	2024, Guide de Fraunhofer ISE
Interspace agrovoltaics, Allemagne	environ 0,06 € par kWh en moyenne (6,03 cents d’euro), légèrement au-dessus du solaire au sol	2024, même source
L’agrovoltaïque en général	0,06 à 0,10 € par kWh	2024, même source
Coût supplémentaire d’installation par rapport à un parc solaire au sol, États-Unis	$0.07 to $0,80 par W (le plus élevé pour les cultures sous des structures hautes)	2020, NREL, Horowitz et al.
Énergie solaire à l ’ échelle des services publics, États-Unis	$0.04 to $ 0,10 par kWh	Juin 2026, Lazard LCOE+ version 19
Benchmark: panneaux solaires sur un bâtiment	environ 0,19 dollar central	Découvrez notre Fan Wall model
Toits solaires commerciaux et communautaires, États-Unis	$0.09 to $ 0,20 par kWh	Juin 2026, Lazard

Ce que dit le tableau: par rapport au benchmark du site sur les toits, l’agrovoltaïque est une électricité bon marché; par rapport à un parc solaire normal, il est plus cher. Son cas n’est pas le kilowatt-heure le moins cher mais le kilowatt-heure qui ne coûte pas une récolte. Fraunhofer note qu’une exploitation agricole utilisant sa propre énergie, au lieu d’acheter de l’électricité à 14 à 16 cents d’euro par kWh, économise 7 à 9 cents d’euro sur chaque kWh qu’elle produit.

Où il peut gagner, et où il ne peut pas

Il peut gagner:

• Régions chaudes, sèches et ensoleillées, où l’ombre et une évaporation moindre aident les cultures et réduisent l’irrigation.
• Fruits, baies, vignes et légumes Les panneaux remplacent un coût que l’agriculteur paie de toute façon.
• Cultures et prairies tolérantes à l’ombre telles que le trèfle, la laitue, les épinards et de nombreuses herbes.
• Lieux où les terres agricoles sont protégées et qu’un parc solaire normal ne serait pas autorisé, ou lorsque les communautés s’opposent à la perte de champs.
• Des fermes qui utilisent leur propre énergie Pour les pompes d’irrigation, les chambres froides, la traite, le séchage ou les machines électriques.

Il ne peut pas gagner:

• Sur l’électricité la moins chère seule. Un parc solaire normal sur une terre que personne ne veut cultiver sera toujours moins cher.
• Avec des cultures affamés de soleil dans les climats frais et nuageux, où chaque bit de lumière compte pour le rendement.
• Où les grandes machines doivent fonctionner librement, à moins que la structure ne soit haute et large, ce qui est exactement ce qui rend cela cher.
• Où les subventions ou les règlements en font une ferme solaire déguisée. Faire paître quelques moutons sous des panneaux densement emballés est utile, mais ce n’est pas le gain de partage des terres dont il est question sur cette page.

Ce qui est prouvé, plausible et spéculatif

Prouvé: que les terres partagées peuvent atteindre un ratio d’équivalent de terre bien supérieur à 1 (160% et 186% mesuré à Heggelbach); que l’ombre réduit les rendements des cultures avides de soleil en années normales d’environ un cinquième avec une réduction de la lumière de 30%; que l’ombre aide certaines cultures dans des conditions chaudes et sèches; que les structures hautes augmentent le coût de l’électricité.

Plausible: que l’agrovoltaïque améliore la résilience des cultures à la chaleur et à la sécheresse au fur et à mesure du réchauffement climatique (appuyé par des essais et de la modélisation, tels que le maïs pluvial simulé dans le nord de l’Italie qui a produit de plus en plus régulièrement sous les panneaux (Amaducci et al., 2018)); que les panneaux peuvent remplacer les filets de grêle et les couvertures en plastique dans la culture des fruits; que l’Allemagne a à elle seule une place pour environ 1700 GW d’agrovoltaïque sur des cultures appropriées (Fraunhofer ISE, 2024).

Spéculatif: grandes estimations mondiales telles que «moins de 1% des terres cultivées pourraient compenser la demande énergétique mondiale» (Adeh et al., 2019), qui ignorent le stockage, les réseaux et les cultures; les effets à long terme sur le sol et l’économie agricole sur 25 à 30 ans; comment les cultures réagissent sous des géométries de panneaux très différentes qui n’ont pas été testées sur le terrain.

Questions de recherche ouvertes

• Quelles cultures, dans quels climats, conservent au moins 80% de leur rendement sous 20 à 40% d’ombre, sur dix saisons, pas une ou deux?
• Les panneaux de suivi qui tournent pour laisser passer la lumière aux stades critiques de la culture peuvent-ils battre les panneaux fixes suffisamment pour justifier leur coût?
• Comment l’eau de pluie des panneaux devrait-elle être collectée et répartie pour aider plutôt que d’éroder?
• Quel est le coût réel de l’entretien des structures hautes pendant plus de 30 ans sur les fermes en exploitation, et comment cela affecte-t-il l’assurance et la machinerie?
• Comment les règles comptent-elles la “vraie” agriculture sous panneaux sans inviter des fermes solaires déguisées ?
• Qui possède la valeur : l’agriculteur, le propriétaire foncier ou le promoteur énergétique ?

Ce dont un prototype fonctionnel aurait besoin

Pour une nouvelle idée agrovoltaïque (une nouvelle structure, une nouvelle stratégie de suivi, un nouveau système de culture), un modèle fonctionnel signifie une réelle culture et des panneaux réels, mesurés par rapport à une parcelle de référence sans panneaux, pendant au moins une saison complète.

Phase	Travail	Ce qu’il prouve	Coût brut	Temps
0. Étude de conception	Simulation de la lumière et de l’ombre sur l’année, modèle de culture pour la culture choisie, structure et estimation des coûts	La conception garde suffisamment de lumière pour la récolte sur papier	$10k to $30k	2 à 3 mois
1. Essai sur petite parcelle	Quelques kilowatts de panneaux sur une parcelle reproduite avec une parcelle de référence ouverte; capteurs de lumière (PAR), humidité du sol, rendement à la récolte, électricité mesurée	Rendement des cultures et électricité mesurés, premier rapport équivalent terre	$40k to $120k	1 saison de croissance
2. Essai sur le terrain multisaison	50 à 200 kW sur un champ de travail avec un agriculteur, deux saisons ou plus, échantillonnage dirigé par un agronome	Variabilité d’une année à l’autre, accès aux machines, acceptation par les agriculteurs	$250k to $600k	2 à 3 ans
3. Projet pilote commercial	Permis, raccordement au réseau, certification structurelle, assurance récolte	Un projet bancable	Dépend de la taille	1 à 2 ans

Les phases 0 à 2 coûtent environ $300,000 to $750,000, principalement pour l’acier et les années d’agronomie. Ce sont nos estimations, pas des devis.

De qui nous avons besoin

• Agronome ou physiologiste des cultures Pour choisir les cultures, concevoir des parcelles répliquées et mesurer le rendement et la qualité.
• Concepteur de systèmes PV familier avec les systèmes bifaciaux et de suivi et la modélisation d’ombre.
• Ingénieur de construction pour les structures hautes et longues sous charges de vent et de neige.
• Partenaire agricole Avec un champ, des machines et de la patience pour une épreuve de plusieurs années.
• Hydrologue Pour la distribution de pluie, l’humidité du sol et les économies d’irrigation.
• Économiste agricole et avocat spécialisé dans l’utilisation des terres pour tester l’analyse de rentabilisation et les règles.

Vous avez une meilleure idée ?

Peut-être avez-vous une structure moins chère, un système de culture qui aime l’ombre ou une façon plus intelligente de déplacer les panneaux tout au long de la journée. Certains membres de la Fondation Local Solar System peuvent avoir des contacts qui pourraient entendre un pitch pour une idée énergétique forte. Pour être présentée, une idée a besoin d’un modèle fonctionnel et réel qui produit réellement de la puissance, mesurée sur un instrument, pas revendiquée. Les idées papier sont les bienvenues aussi : si la physique et les chiffres sont solides, nous pouvons les publier ici sur le site. Il est très difficile de lever des capitaux sans un modèle fonctionnel, et nous ne pouvons pas promettre de financement, de rendements ou d’introductions.

Pour l’agrovoltaïque, la mesure la moins chère qui compte comme modèle de travail est une saison de croissance d’une petite parcelle sous panneaux à côté d’une parcelle ouverte identique, avec des capteurs de lumière, la récolte pesée et l’électricité mesurée. Cela donne un premier ratio équivalent terrain mesuré. Envoyez-la via le formulaire de contribution, et voyez comment elle se compare aux autres idées sur le radar d’idées. Des approches semblables: le solaire flottant utilise les surfaces d’eau au lieu des champs, et les toits photovoltaïques thermiques font que les toits font deux tâches.

Sources

1. Fraunhofer ISE (2017). Récolter le soleil pour l’électricité et la production: l’agrophotovoltaïque augmente l’efficacité de l’utilisation des terres de plus de 60%. Communiqué de presse, résultats de la première année pour Heggelbach.
2. Fraunhofer ISE (2019). Agrophotovoltaïque: rendement élevé de récolte en été chaud de 2018. Communiqué de presse.
3. Trommsdorff, M. et al. (2024). Agrovoltaïque : opportunités pour l’agriculture et la transition énergétique. Une ligne directrice pour l’Allemagne](https://www.ise.fraunhofer.de/content/dam/ise/en/documents/publications/studies/APV-Guideline.pdf), 3ème édition. Fraunhofer ISE.
4. Weselek, A., Ehmann, A., Zikeli, S. et al. (2019). Systèmes agrophotovoltaïques : applications, défis et opportunités. Un examen. Agriculture et développement durable 39, 35.
5. Dupraz, C., Marrou, H., Talbot, G. et al. (2011). Combiner panneaux solaires photovoltaïques et cultures vivrières pour optimiser l’utilisation des terres : vers de nouveaux schémas agro-photovoltaïques. Renewable Energy 36(10), 2725-2732.
6. Barron-Gafford, G.A., Pavao-Zuckerman, M.A., Minor, R.L. et al. (2019). L’agrovoltaïque apporte des avantages mutuels dans le nexus nourriture-énergie-eau dans les terres arides. Nature Sustainability 2, 848-855.
7. Amaducci, S., Yin, X. et Colauzzi, M. (2018). Systèmes agrovoltaïques pour optimiser l’utilisation des terres pour la production d’énergie électrique. Applied Energy 220, 545-561.
8. Adeh, E.H., Good, S.P., Calaf, M. et Higgins, C.W. (2019). Le potentiel d’énergie solaire PV est le plus grand sur les terres cultivées. Recueil des études scientifiques 9, 11442.
9. Horowitz, K., Ramasamy, V., Macknick, J. et Margolis, R. (2020). Coûts en capital pour les installations photovoltaïques à double usage: référence 2020 pour les systèmes PV au sol avec végétation, pâturages et cultures favorables aux pollinisateurs. NREL/TP-6A20-77811.
10. Lazard (juin 2026). Coût de l’énergie nivelé+, version 19: solaire utilitaire $40 to $98 par MWh; solaire communautaire et C&I $88 to $197 par MWh.
11. Local Solar System Fondation (2026). Le Fan Wall: modèle ouvert, référence solaire sur toit.