Produisez de l'énergie solaire !

Le plus grand projet de recherche agrivoltaïque aux États-Unis fait progresser les énergies renouvelables tout en autonomisant les agriculteurs locaux

La capacité installée mondiale de l'agrovoltaïque, ou le co-développement d'une même superficie de terres à la fois pour l'énergie solaire et l'agriculture, a augmenté rapidement, passant d'environ 5 MW en 2012 à environ 2 900 MW en 2020. L'un des principaux facteurs de cette croissance est la nécessité de continuer à construire des projets solaires pour atténuer le changement climatique face à la diminution des terres non agricoles disponibles. Selon le National Renewable Energy Laboratory (NREL), d'ici 2030, l'énergie solaire à grande échelle pourrait couvrir près de 2 millions d'acres de terres aux États-Unis. Une étude récente de l'Oregon State University estime également que la conversion de seulement 1% des terres agricoles américaines à l'agrovoltaïque permettrait non seulement d'atteindre les objectifs d'énergie renouvelable du pays, mais également d'économiser de l'eau et de créer un système alimentaire durable et à long terme. De plus, il a été démontré que l'agrovoltaïque augmente la production agricole, l'efficacité des panneaux solaires ainsi que le revenu des agriculteurs.

Ce ne sont là que quelques-uns des moteurs du programme InSPIRE (Innovative Site Preparation and Impact Reductions on the Environment) du NREL, qui a lancé la recherche approfondie du NREL sur la double utilisation des terres il y a environ 10 ans. Le NREL effectue désormais des recherches sur près de 30 sites à travers le pays, certains sites étant axés sur la végétation indigène et d'autres davantage axés sur les habitats des pollinisateurs, les pâturages pour soutenir le bétail au pâturage ou les cultures horticoles. Parmi ces sites, Jack's Solar Garden, une ferme solaire de 1,2 MW dans le comté de Boulder, Colorado, est unique en ce qu'il représente le plus grand projet de recherche agrivoltaïque aux États-Unis et englobe les quatre types de végétation sur un seul site. En plus d'offrir de nombreuses opportunités de recherche agrovoltaïque à des institutions partenaires comme le NREL, l'Université d'État du Colorado et l'Université de l'Arizona, Jack's est également un jardin solaire communautaire qui sert de centre local d'éducation et de service communautaire dans l'espoir d'inspirer une nouvelle génération de double -les agriculteurs utilisent les terres par le biais de sa branche à but non lucratif, le Colorado Agrivoltaic Learning Center.

Jardin solaire de Jack à Boulder, Colorado. Photo reproduite avec l'aimable autorisation de Namasté Solar

Une ferme familiale lève une nouvelle récolte solaire

Entreprise familiale et exploitée depuis près de 50 ans, Jack's est situé sur une ferme de 24 acres qui a été achetée en 1972 par le grand-père de Byron Kominek, Jack Stingerie. Bien que la ferme ait été utilisée pour la production de foin et de luzerne, Kominek a appris que ces cultures ne payaient plus les factures. Kominek, ancien officier des ressources naturelles de l'USAID et volontaire du Peace Corps avec une maîtrise ès sciences en génie de l'environnement, a toujours été passionné par l'environnement et soucieux d'avoir un impact positif. Kominek a décidé qu'au lieu de rivaliser avec ses voisins en développant sa terre dans une ferme de poulets ou d'arbres, il voulait construire une ferme agrivoltaïque qui servirait à la fois de source de revenus plus importants pour sa famille et de bénéficier à sa communauté locale.

Selon Kominek, il voulait que la ferme soit « un modèle pour les autres petites fermes qui souhaitent garder leurs sols productifs tout en profitant des avantages économiques que la production d'énergie propre peut apporter ». Qu'il s'agisse de mettre à jour les codes du bâtiment locaux, de soumettre et de remporter une demande de proposition du service public local, Kominek a activement recherché et construit une ferme solaire communautaire hautement productive sur le terrain. Jack's produit maintenant suffisamment d'énergie pour alimenter environ 300 foyers et compte plus de 50 abonnés résidentiels, cinq abonnés commerciaux, ainsi que la ville de Boulder et le comté de Boulder comme abonnés. De plus, 40 types de plantes, telles que des mûres, des herbes et des tomates, seront semées sous les panneaux solaires, et 3 000 arbres, arbustes et autres plantes favorables aux pollinisateurs ont été plantés autour des panneaux solaires.

Surmonter les défis de la construction à double usage

Alors que Namasté Solar possède une vaste expérience dans l'agrovoltaïque et les habitats de pollinisateurs colocalisés, Kominek a sélectionné la société vétéran de l'industrie basée au Colorado et âgée de 16 ans en raison de sa réputation. Le système solaire de 1,2 MW est composé de 3 276 panneaux solaires associés à des trackers solaires Solar FlexRack TDP adaptables. Kominek s'est à l'origine familiarisé avec le travail de premier plan de Namasté Solar grâce à son développement, son ingénierie, sa conception et sa construction du jardin Solinator de 1 MW, qui fournit désormais de l'énergie solaire à la ville de Fort Collins et abrite un jardin pour les pollinisateurs.

Premier défi : installer des panneaux solaires et un système de suivi à des hauteurs plus importantes et variables

Les trackers solaires polyvalents TDP 1.0 de Solar FlexRack sont installés par Namasté Solar dans le jardin solaire de Jack à l'une des deux hauteurs uniques pour mieux comprendre les différents microclimats créés par les différentes hauteurs de panneaux et l'impact ultérieur sur la végétation en dessous.

Alors que les panneaux solaires typiques se situent à 2 à 3 pieds au-dessus du sol, les panneaux solaires situés sur les sites agrivoltaïques doivent souvent être installés à des hauteurs plus élevées pour permettre à la lumière du soleil d'atteindre la végétation en dessous et permettre à l'équipement agricole de naviguer facilement. Étant donné que Jack's sert également de site de recherche agrovoltaïque, les panneaux solaires et le système de suivi solaire devaient être installés à différentes hauteurs pour permettre aux chercheurs de mieux comprendre les différents microclimats créés par les différentes hauteurs de panneaux.

Namasté Solar, une coopérative détenue par des employés et Certified B Corporation, a sélectionné les trackers solaires TDP à axe unique de Solar FlexRack en raison de leur polyvalence, car ils ont permis à Namasté Solar d'installer facilement et efficacement les deux tiers des panneaux solaires de 6 pieds de haut et un- tiers des panneaux solaires de 8 pieds de haut. Namasté Solar a également choisi les trackers solaires TDP en raison de leur retour en arrière intelligent, qui réduit l'ombrage entre les rangées et augmente la production d'énergie.

Deuxième défi : éviter de trop compacter le sol indigène

Byron Kominek, propriétaire de Jack's Solar Garden, conduit le tracteur de sa famille à travers leur système d'énergie solaire. Photo de NREL

Compte tenu de sa longue expérience antérieure sur les projets à double usage, Namasté Solar savait également qu'il était essentiel d'éviter de trop compacter les sols indigènes, ce qui pourrait potentiellement limiter la plantation de certaines espèces. L'entreprise a donc identifié de manière proactive des voies de circulation strictes pour les équipements lourds et a veillé à ce que son personnel et tous les sous-traitants restent dans ces voies. Namasté Solar a également évité de trop compacter le sol indigène en renonçant complètement à l'utilisation de gravier.

Troisième défi : protéger les équipements et les civils

Étant donné que ce projet n'avait pas de clôture périphérique et que les agriculteurs seraient régulièrement actifs sous les panneaux solaires, tous les conducteurs électriques devaient être correctement couverts. Alors que les conducteurs seraient normalement à l'air libre, Namasté Solar a décidé de mettre en œuvre un produit de protection des animaux en treillis robuste sous les conducteurs pour protéger à la fois l'équipement du système solaire ainsi que les civils, réduisant ainsi les risques du projet et évitant toute responsabilité à long terme.

La recherche agrovoltaïque fournit une éducation et une orientation nationales

De l'augmentation de l'efficacité des panneaux solaires à la conservation de l'eau en passant par l'augmentation du rendement des cultures, les résultats de ce projet fourniront des informations essentielles pour permettre la prolifération de projets d'énergie renouvelable à double usage à travers les États-Unis. Des recherches menées sur un site de projet en Arizona ont déjà indiqué que les panneaux solaires avec des cultures poussant en dessous restaient plus frais d'environ 16 ° F et produisaient 2% d'électricité de plus que ceux sans cultures poussant en dessous. Les partenaires de recherche de Jack espèrent trouver des résultats tout aussi convaincants. Jon Wedel, copropriétaire et directeur principal des services commerciaux de Namasté Solar, a déclaré que l'augmentation de l'efficacité des panneaux solaires fait en fait partie de ce qui a attiré Namasté Solar vers ce projet agrivoltaïque en premier lieu. Des recherches complémentaires de Jack's sur l'augmentation du rendement énergétique dans le contexte des projets agrivoltaïques persuaderont probablement davantage d'installateurs et de développeurs d'entreprendre des projets à double usage.

L'ombre des panneaux solaires peut également créer des microclimats plus frais et plus humides pour la végétation, et les chercheurs veulent mieux comprendre, grâce aux recherches de Jack's, si cela peut aider à maintenir les cultures sujettes au flétrissement dans les climats arides comme celui du Colorado. La recherche indique déjà qu'il existe un potentiel d'augmentation de la production agricole jusqu'à 70 % ainsi que de réduction de la consommation d'eau de 30 % lors de la colocalisation des panneaux solaires avec les cultures, et les chercheurs anticipent des résultats similaires de Jack's. Sprout City Farms, basée à Denver, gérera la production agricole sous le panneau solaire de Jack's et travaillera en étroite collaboration avec les partenaires de l'institution de recherche de Jack.

Une ruche exploitée par Best Bees et sponsorisée par Google située au Jack's Solar Garden. Best Bees installe et entretient des ruches d'abeilles mellifères sur des propriétés commerciales et résidentielles à travers les États-Unis et cherche à améliorer la santé des abeilles et à étendre les populations d'abeilles. Photo reproduite avec l'aimable autorisation de Byron Kominek

Jack's s'efforce également d'aider les papillons, les abeilles et d'autres espèces de pollinisateurs en difficulté, qui sont responsables de la pollinisation de près de 75 % de toutes les cultures consommées par les humains, en ajoutant des fleurs et des herbes sous les panneaux solaires. Ceci est crucial, d'autant plus que les facteurs de stress environnementaux, tels que l'aménagement des terres et les pesticides, ont entraîné une baisse de 90 % du nombre de colonies d'abeilles par hectare depuis 1962 parmi les cultures américaines nécessitant la pollinisation par les abeilles. Parallèlement aux partenariats avec des instituts de recherche, Jack's s'est associé à Audubon Rockies pour planter le plus grand Habitat Hero du Colorado autour du périmètre du panneau solaire – environ 3 000 plantes vivaces favorables aux pollinisateurs – en mai 2020. Notamment, les plantes favorables aux pollinisateurs ont de longs systèmes racinaires, qui aident à conserver l'eau en absorbant les précipitations, ce qui est important pour les régions semi-arides comme le Colorado. L'intégration d'habitats de pollinisateurs sous des panneaux solaires offre également la possibilité de créer de grands habitats de pollinisateurs à grande échelle, ce qui peut ensuite profiter aux communautés agricoles environnantes grâce à un rendement accru des cultures.

La ferme solaire communautaire élargit l'accès à l'énergie solaire et soutient les ménages et les agriculteurs à faible revenu

En plus de fournir des recherches nationales essentielles sur les projets à double usage, Jack's Solar Garden a également apporté une énergie propre et les avantages associés à ceux qui n'avaient pas pu y accéder auparavant. Les rapports du NREL estiment que seulement 22 à 27% des toits résidentiels peuvent accueillir des panneaux solaires.

Sprout City Farms, une organisation agricole à but non lucratif basée à Denver, responsable de la gestion de la production agricole sous les panneaux solaires de Jack's, effectuant un premier labour sous les panneaux. Sur la photo, Mega Caley, directrice exécutive, et Brittany Staie, directrice de ferme au Jack's Solar Garden, pour Sprout City Farms.

Jack's fait également don de 2% de sa production d'énergie aux ménages à faible revenu du comté de Boulder et a un programme Artist on the Farm pour soutenir les créateurs locaux. De plus, la nourriture cultivée chez Jack's profitera aux résidents de Longmont en situation d'insécurité alimentaire, car la nourriture de cette année sera distribuée sur le marché fermier de Longmont et toute personne bénéficiant du programme fédéral d'assistance nutritionnelle supplémentaire (SNAP) pourra acheter la nourriture à moitié prix. .

Les étudiants et les membres de la communauté ont également la possibilité de visiter Jack's pour en savoir plus sur l'agriculture, l'énergie solaire et la gestion de l'utilisation des terres par le biais de la nouvelle branche à but non lucratif de Jack, le Colorado Agrivoltaic Learning Center. Sprout City Farms proposera également des parcelles d'incubation à Jack's pour aider les nouveaux agriculteurs à tester leurs plans d'affaires et à bénéficier du mentorat d'un personnel expérimenté au cours des prochaines saisons agricoles. Jack's cultive donc la prochaine génération d'agriculteurs agrivoltaïques tout en faisant la preuve du modèle économique à double usage, qui permet aux agriculteurs d'entretenir leurs terres et de valoriser leurs activités agricoles tout en ajoutant une nouvelle source de revenus à partir de l'énergie solaire.

Avec l'aide de Namasté Solar et Solar FlexRack, Jack's a réussi à mettre l'accent sur l'idée de communauté tout en soutenant la recherche et l'éducation nationales cruciales. Jack's continuera également à prouver la viabilité de l'agrovoltaïque – à la fois pour les revenus des agriculteurs et pour les futurs installateurs et développeurs d'énergie propre, ce qui permettra à son tour une plus grande prospérité nationale et le développement de projets d'énergies renouvelables.


Cette étude de cas a été fournie à Solar Power World par HansenRE.

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