RearCPVbif : des panneaux solaires semi-transparents pour l’agrivoltaïsme à Jaén

Dans tout le sud de l’Espagne, une nouvelle génération de panneaux solaires est en train de redistribuer, sans bruit, l’accès à la ressource la plus évidente : le soleil.

Au lieu d’imposer un arbitrage entre produire de la nourriture ou produire de l’électricité, des chercheurs de Jaén expliquent avoir mis au point une façon de partager la lumière. Leurs panneaux prototypes délivrent des volumes d’électricité significatifs, tout en laissant passer assez de rayonnement pour que les légumes et les arbres fruitiers restent vivants, vigoureux et productifs.

Comment les fermes solaires ont commencé à entrer en collision avec les terres agricoles

La transition énergétique européenne se heurte à une réalité simple et tenace : la terre disponible n’est pas infinie. L’Union européenne vise au moins 30% d’énergie issue des renouvelables d’ici 2030, et la neutralité climatique à l’horizon 2050. Dans ce scénario, le solaire à grande échelle occupe une place centrale, porté par la baisse du prix des modules et par l’arrivée massive de capacités de fabrication en provenance de Chine.

Mais à mesure que les projets prennent de l’ampleur, les tensions locales augmentent. Les développeurs ciblent des parcelles plates et très ensoleillées. Les agriculteurs regardent les mêmes terrains et y voient leur revenu. Et les habitants s’opposent plus facilement lorsque des rangées de panneaux remplacent des vergers ou des pâturages. Dans certains territoires, le duel « solaire contre alimentation » est devenu un sujet récurrent.

C’est dans ce contexte que l’agrivoltaïsme a gagné en visibilité. Plutôt que d’écarter l’agriculture, les systèmes agrivoltaïques relèvent les panneaux ou les espaceraient davantage afin que cultures, élevage ou ruchers partagent une même surface. Des espèces tolérantes à l’ombre peuvent profiter de microclimats plus frais et d’une évaporation réduite. Des moutons pâturent sous les structures et limitent la végétation, tandis que des apiculteurs utilisent certains sites comme zones de butinage.

"L’agrivoltaïsme cherche à transformer un conflit d’usage du sol en une double récolte : des kilowattheures au-dessus, des calories en dessous."

La difficulté technique majeure apparaît lorsque les panneaux se trouvent directement au-dessus des cultures. Les modules classiques, opaques, bloquent la majeure partie de la lumière, ce qui peut ralentir la croissance, déformer les plants ou faire chuter les rendements. Des panneaux semi-transparents existent déjà, mais ils sacrifient souvent trop de production électrique pour satisfaire à la fois agriculteurs et investisseurs.

Le pari de l’équipe de Jaén sur le solaire semi-transparent

Un groupe de recherche de l’université de Jaén, dans le sud de l’Espagne, propose une architecture inédite décrite dans un récent article consacré aux technologies agrivoltaïques. Leur système s’appelle RearCPVbif, abréviation de « photovoltaïque bifacial à concentrateur arrière ». Le nom n’est pas très élégant, mais le principe est clair : laisser passer la lumière utile aux plantes, tout en récupérant discrètement une partie du rayonnement qui, autrement, serait perdu.

Ce qui distingue RearCPVbif

• Le système s’appuie sur des cellules solaires bifaciales, capables de produire de l’électricité à la fois par la face avant et par la face arrière.
• Il ajoute, à l’arrière, des concentrateurs optiques qui redirigent la lumière réfléchie et diffusée vers le dos des cellules.
• Il conserve une transparence optique élevée, de manière à ce que suffisamment de lumière atteigne les cultures situées en dessous.

La plupart des solutions photovoltaïques semi-transparents (souvent désignées par l’acronyme STPV) se contentent d’espacer la matière active ou d’utiliser des couches plus fines : on gagne en transmission lumineuse, mais on perd en production électrique. L’approche de Jaén mise sur un autre compromis : maintenir la transparence, tout en tirant davantage d’électricité de la lumière qui circule et se réfléchit derrière le panneau.

"Les chercheurs indiquent un facteur de transparence d’environ 60%, un niveau généralement jugé acceptable pour de nombreuses cultures horticoles."

Ce chiffre de 60% n’est pas anecdotique. Des travaux en agronomie montrent que beaucoup de légumes commencent à souffrir lorsque la transmission moyenne de lumière passe nettement sous ce seuil. Au-delà, certaines espèces conservent une photosynthèse proche de la normale, en particulier si la température et l’humidité sont bien pilotées.

Deux indicateurs lumineux essentiels pour concilier cultures et électricité

Pour évaluer si un panneau peut être installé au-dessus de cultures sans les pénaliser, ingénieurs et agronomes se basent désormais sur deux valeurs, et pas uniquement sur la puissance en watt-crête affichée sur l’étiquette.

• Transmittance visible moyenne (AVT) : la proportion de lumière visible qui traverse le panneau.
• Transmittance photosynthétique moyenne (APT) : la proportion, dans les longueurs d’onde réellement utilisées par les plantes, qui parvient jusqu’aux feuilles.

L’équipe de Jaén a travaillé avec ces deux métriques. Pour la production agricole, l’APT est plus déterminante que l’énergie solaire totale. Les plantes utilisent surtout le rayonnement photosynthétiquement actif (PAR), qui se situe approximativement entre 400 et 700 nanomètres. Si un panneau filtre trop fortement cette plage, les rendements diminuent même si beaucoup d’infrarouge ou d’ultraviolet réussit à passer.

Des études antérieures sur les serres et les filets d’ombrage situent la limite basse d’une croissance confortable autour de 60% de transmission dans la bande PAR, avec des variations selon les espèces. Le concept RearCPVbif a été pensé en se calant sur ce repère.

Paramètre	PV opaque conventionnel	PV semi-transparent typique	Concept RearCPVbif
Lumière atteignant les cultures	Faible (souvent <20%)	Moyenne (40–70%)	Environ 60% visés
Production électrique par surface	Élevée	Moyenne à faible	Moyenne, augmentée par les concentrateurs arrière
Adaptation aux cultures	Limitée	Sélective	Conçu pour un large éventail de cultures horticoles

Où en est aujourd’hui le solaire « transparent »

Plus largement, l’industrie photovoltaïque poursuit la transparence par deux voies.

• Panneaux semi-transparents non sélectifs : ils amincissent les couches absorbantes ou créent des micro-interstices dans la matière active. Ces modules laissent passer davantage de lumière, mais sur une grande partie du spectre, et subissent généralement une forte baisse de rendement électrique.
• Panneaux à sélection spectrale : ils cherchent à absorber surtout l’ultraviolet et le proche infrarouge, tout en laissant passer l’essentiel du visible. Les plantes reçoivent ainsi une grande part de ce dont elles ont besoin, et le panneau travaille sur des zones du spectre qui ne servent pas à la vision humaine.

La proposition de Jaén se rapproche du second groupe, tout en ajoutant une particularité : des concentrateurs optiques arrière. Ces éléments tentent de capter des rayons « résiduels » : ceux qui traversent une première fois, se réfléchissent sur le sol ou sur les cultures, puis reviennent frapper l’arrière du module. Grâce aux cellules bifaciales, cette lumière réfléchie peut être convertie en électricité supplémentaire.

"Au lieu de se battre pour chaque photon uniquement sur la face avant, le système récolte la lumière de seconde chance que la ferme aurait simplement renvoyée vers le ciel."

Cette logique s’accorde aussi avec des sols clairs et réfléchissants ou avec des paillages de couleur claire, qui augmentent la quantité de lumière disponible pour la face arrière des cellules.

Maintenir les cultures au frais pendant que les panneaux produisent

La chaleur constitue une autre contrainte lorsqu’on suspend des modules solaires au-dessus des cultures. Une surface vitrée trop chaude peut piéger l’air et créer un effet de serre indésirable. De plus, des panneaux très chauds dégradent leur propre performance, en réduisant le rendement des cellules.

L’étude de Jaén a suivi le comportement thermique et indique que la température des cellules est restée inférieure à environ 70 °C. Ce niveau limite les pertes de performance les plus sévères et réduit le risque de surchauffe de la couche d’air juste sous les modules. Pour les exploitants, mieux maîtriser la température peut aider à conserver des trajectoires de croissance proches des pratiques habituelles, plutôt que de pousser les plantes vers un stress.

• Des panneaux plus frais conservent une production plus régulière pendant les vagues de chaleur estivales.
• Des températures d’air plus modérées limitent la chute des fleurs et les dégâts sur les fruits dans les cultures sensibles.
• Les animaux placés sous les panneaux subissent une charge thermique moins extrême qu’avec des toitures métalliques à nu.

Ce que cela pourrait changer pour les agriculteurs et les développeurs

Si des systèmes comme RearCPVbif atteignent une maturité commerciale, ils pourraient modifier la façon dont les développeurs solaires évaluent les zones rurales très ensoleillées, comme l’Andalousie, la Californie ou le sud de l’Italie. Plutôt que d’évincer les cultures, il deviendrait possible de conclure des baux de long terme où l’exploitation agricole et l’installation photovoltaïque fonctionnent conjointement.

Du point de vue des agriculteurs, une couverture semi-transparente pourrait atténuer certains risques climatiques. Un ombrage partiel peut réduire le stress thermique lors des épisodes de chaleur de plus en plus fréquents. Les panneaux peuvent diminuer la vitesse du vent au niveau du sol et limiter l’évaporation. Là où l’eau est rare ou coûteuse, cela peut contribuer à stabiliser les rendements.

"Au lieu de percevoir un loyer en échange de champs perdus, les agriculteurs pourraient cumuler deux revenus sur le même hectare : l’un issu de la récolte, l’autre de l’électricité."

Les résultats sur le terrain dépendront toutefois d’un choix rigoureux des cultures et d’un dimensionnement adapté. Les légumes-feuilles, les petits fruits et certaines herbes aromatiques peuvent bien se comporter sous une lumière filtrée. Les céréales et les arbres fruitiers très héliophiles peuvent exiger des rangs plus espacés ou des structures plus hautes pour éviter une pénalisation des rendements.

Questions qui restent ouvertes

Comme pour tout concept prometteur issu du laboratoire, plusieurs obstacles doivent encore être levés avant de voir ce type de panneaux agrivoltaïques s’installer au-dessus de rangs de tomates ou de jeunes oliviers.

• Coût des optiques : concentrateurs arrière et cellules bifaciales ajoutent de la complexité. Il faudra démontrer que les kilowattheures supplémentaires compensent l’augmentation du coût des composants.
• Durabilité : les éléments optiques doivent résister à la poussière, à l’humidité, à la grêle et aux opérations de nettoyage pendant des décennies sur des fermes en activité.
• Accès pour la maintenance : les agriculteurs ont besoin de place pour les tracteurs, les machines de récolte et l’irrigation, ce qui conditionne l’agencement des rangées.
• Réglementation : les règles d’urbanisme et les aides agricoles, en Europe comme ailleurs, partent encore le plus souvent du principe qu’une parcelle produit soit des cultures, soit du solaire, mais pas les deux.

Comment évaluer le potentiel agrivoltaïque sur une exploitation réelle

Pour les propriétaires fonciers qui envisageraient ce type de solution à l’avenir, quelques vérifications simples peuvent déjà orienter la réflexion, même avant que cette technologie précise ne soit pleinement commercialisée.

• Mesurer le rayonnement solaire moyen et la température sur la saison de culture.
• Identifier les productions de la ferme qui tolèrent un ombrage partiel ou une couverture plus fraîche.
• Modéliser différentes densités de panneaux, en visant au moins 60% de transmittance photosynthétique là où un rendement élevé est prioritaire.
• Simuler les économies d’eau liées à la baisse d’évaporation, puis les comparer à l’éventuelle variation de rendement.

Des simulations simples montrent que, dans des sites très lumineux et chauds, une légère baisse de lumière directe peut parfois être compensée par une réduction du stress thermique et par des économies d’eau, en particulier pour l’horticulture à forte valeur. En y ajoutant un flux de revenus régulier lié à l’électricité, l’équation financière évolue, notamment pour des parcelles marginales ou exposées à la sécheresse.

Pour les planificateurs énergétiques, des concepts agrivoltaïques comme celui de Jaén élargissent le choix des emplacements capables d’accueillir du solaire. Les parkings et les toitures resteront importants. Mais des rangées semi-transparents et bifaciales au-dessus des cultures permettent d’augmenter la capacité solaire au sein des zones agricoles existantes, au lieu de repousser les fermes vers l’extérieur ou vers des terres moins adaptées. Dans des régions soumises à la fois à la pression du changement climatique et à des objectifs énergétiques ambitieux, ce modèle de soleil partagé pourrait passer progressivement des essais expérimentaux à une option standard lors de la conception des prochaines infrastructures rurales.