Prévu pour satisfaire plus de 30 % de la demande électrique mondiale d'ici 2100, La technologie solaire photovoltaïque (PV) a inauguré une nouvelle aube pour les énergies renouvelables, l'énergie durable. Bien que prometteur, l'expansion de la technologie énergétique n'est pas sans défis.

Les modifications importantes du paysage rendues nécessaires par l'installation solaire photovoltaïque, par exemple, peut avoir des impacts négatifs sur l'environnement, notamment dans le cadre de la perturbation des sols, ce qui peut affecter l'humidité du sol et la répartition des éléments nutritifs dans le sol et sa capacité à accueillir la végétation indigène. Et ces déplacements de sol peuvent durer pendant la durée de vie de 20 à 30 ans d'un réseau et éventuellement s'étendre bien au-delà du retrait de l'installation.

Dans un article récemment publié pour Frontières en sciences de l'environnement , Jordan Macknick, chercheur au Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL), et ses collègues de l'Université Temple et de l'Université de Californie, Davis, a examiné de plus près les effets des panneaux photovoltaïques sur les propriétés du sol et si la revégétalisation peut atténuer avec succès les impacts négatifs résultant de l'installation et de la construction de panneaux solaires.

Remède par réintroduction

Pour préparer un site pour l'installation de panneaux solaires, selon les pratiques traditionnelles, la végétation est enlevée, la surface du sol est nivelée, et le remplissage est ajouté et compacté. Des études ont montré que l'élimination de la végétation autour et sous les panneaux photovoltaïques peut entraîner une multitude de problèmes, de l'augmentation du ruissellement et de l'érosion des sols à la hausse des températures de l'air sur les panneaux photovoltaïques. Et cela pourrait devenir un problème croissant :d'ici 2050, le déploiement mondial de l'énergie solaire pourrait revendiquer environ 25 millions d'hectares de terres, des terres qui subiront des modifications qui auront un impact sur son physique, chimique, et propriétés biologiques.

Diverses recherches ont été menées pour améliorer la compatibilité environnementale des projets solaires à travers des thématiques telles que la co-implantation de panneaux et l'agriculture (dite « agrivoltaïque »), ainsi que le ruissellement et les impacts microclimatiques sur les installations photovoltaïques. Le NREL a étudié le succès de la végétalisation des sites solaires, mais les effets de la réintroduction de la végétation indigène sur les propriétés du sol dans ces sites n'ont pas été largement étudiés ou pris en compte.

Pour évaluer les impacts sur la surface terrestre du déploiement PV, ainsi que d'informer les futures directives de préservation du site, l'équipe de recherche a réalisé une série d'enquêtes sur le terrain sur les panneaux photovoltaïques et les stratégies de colocalisation sur les propriétés du sol.

Se salir les mains

Pour comprendre si la revégétalisation d'un site photovoltaïque peut rendre les propriétés du sol à celles d'un terrain non perturbé, l'équipe de recherche a comparé les propriétés du sol d'un site PV qui avait été végétalisé avec des herbes indigènes à celles d'un site adjacent non perturbé.

Des échantillons de sol et des mesures sur le terrain ont été collectés le long de trois transects - un chemin prédéterminé où les données sont collectées à intervalles réguliers - dans la zone revégétalisée du site PV, ainsi que d'un quatrième transect dans la prairie non perturbée adjacente (sol de référence).

L'équipe a pris des mesures de sol et un échantillonnage à quatre points sur chaque transect :sous le bord est de chaque panneau solaire, sous le centre du panneau, sous le bord ouest du panneau, et dans l'espace découvert adjacent à chaque panneau. Chaque transect représentait 16 emplacements d'échantillonnage, 48 au total sur les 4 transects.

Les échantillons de terrain ont été analysés, comparaison d'une gamme de propriétés des échantillons de sites revégétalisés à celles du site non perturbé :

Humidité du sol

L'humidité s'est avérée plus élevée sur le site solaire photovoltaïque. Les chercheurs pensent que cela peut être attribué à l'ombrage et à l'abri du vent fournis par le réseau.

Ils ont également découvert que les panneaux photovoltaïques peuvent augmenter l'hétérogénéité de la distribution de l'humidité, en particulier le long des bords bas des panneaux. Cela pourrait avoir des implications pour l'agriculture colocalisée, en particulier dans les climats arides.

Conductivité hydraulique et granulométrie

Les chercheurs ont découvert que, alors qu'aucune différence mesurable n'a été trouvée dans la distribution granulométrique entre le site solaire photovoltaïque et les sols de référence, ils ont trouvé que la conductivité hydraulique, ou la capacité du sol à drainer l'eau, a été élevée dans la zone située directement sous les panneaux solaires. Cela pourrait être attribué à une réduction des perturbations liées à l'entretien du site - le sol non perturbé est moins compacté et, Donc, est plus efficace pour drainer l'humidité.

Carbone et azote

Les chercheurs ont observé des concentrations sensiblement plus faibles de niveaux totaux de carbone et d'azote dans le sol solaire photovoltaïque par rapport au sol de référence, probablement causé par l'enlèvement de la couche arable pendant la construction des réseaux. La recherche a suggéré que 7 ans après la construction du site PV, le cycle des éléments nutritifs ne s'était pas encore rétabli et le sol n'était pas capable de séquestrer le carbone comme le sol natif. Des recherches à long terme sont nécessaires pour comprendre les impacts à une échelle décennale.

Symbiose énergie-agriculture

Globalement, l'hétérogénéité était un thème commun des résultats, du spatial à l'environnemental; cependant, les chercheurs ont découvert que ce n'était pas une proposition entièrement problématique.

La présence des réseaux a causé une hétérogénéité spatiale de l'humidité du sol, ce qui signifie que les panneaux solaires ont conduit à des zones concentrées d'humidité dans le sol sous les panneaux en raison de leur position et de leur orientation. Et tandis que les propriétés du sol trouvées dans les échantillons de matrice diffèrent de celles de la parcelle native, les chercheurs ont découvert que les panneaux pouvaient être stratégiquement orientés pour guider la pluie vers ou loin du sol en dessous, répondre aux besoins d'irrigation de différents types de plantes.

De plus, parce que le sol non compacté sous les panneaux lui a permis de drainer l'humidité rapidement, il pourrait servir d'espace de croissance approprié pour les résistants à la sécheresse, cultures colocalisées.

Un élément clé de cette recherche est que les panneaux solaires pourraient être utilisés pour redistribuer les précipitations, with positive implications for co-location of agricultural crops. To best exploit the moisture-controlling capabilities of the PV panels, installers must understand the timing and direction of rainfall to produce the desired soil moisture effects.