Lumière sous serre photovoltaïque : l’équilibre entre production d’énergie solaire et rendement

L'exploitation agricole, Le Solaire Photovoltaïque
- Il y a 2 semaines
photovoltaique serre

L’agrivoltaïsme connaît un développement remarquable ces dernières années, et les serres photovoltaïques en sont l’une des applications les plus prometteuses. Ces structures combinent une serre en verre classique avec des panneaux solaires intégrés sur la toiture. Leurs avantages ?  

  1. Optimisation des conditions de culture  grâce au microclimat propre à la serre : effet de serre qui emmagasine la chaleur le jour et la restitue la nuit, gestion fine de l’humidité, de la ventilation et éventuellement du taux de CO₂. Cet environnement tempéré permet d’allonger la saison de culture et d’accélérer la croissance de nombreuses espèces.  
  1. Production d’électricité décarbonée grâce aux panneaux photovoltaïques. 

La structure protège également les cultures des aléas climatiques majeurs (pluie battante, grêle, vent violent, gel tardif).  

FeuilleLianeSommaire

Pourtant, cette double production soulève un défi agronomique majeur : la gestion de la lumière. L’ombrage partiel créé par les panneaux photovoltaïques modifie la quantité et parfois la qualité du rayonnement lumineux parvenant aux cultures. L’enjeu n’est donc pas de savoir si les plantes peuvent survivre, mais plutôt de  quantifier l’impact sur le rendement agronomique et d’adapter les pratiques culturales. Comment trouver le point d’équilibre optimal entre la production d’électricité et les besoins lumineux spécifiques de chaque culture pour assurer la rentabilité globale de l’exploitation ? 

C’est précisément à ces questions que nous allons répondre dans cet article. 

Horticulteurs, maraîchers, pépiniéristes … retenez ceci : votre projet de serre photovoltaïque ne sera viable que si vous prouvez que le rendement agricole sera maintenu, voire amélioré. Nous en parlons justement dans ce contenu : comment réussir son projet agrivoltaïque ? 
Pour rappel, pour qu’une installation de panneaux solaires sur terrain agricole (donc un projet agrivoltaïque)  soit autorisée, elle doit répondre à plusieurs critères. La préservation de la productivité des cultures en fait partie. 

Pourquoi la lumière est déterminante sous une serre photovoltaïque?

Avant d’investir dans une serre solaire photovoltaïque, vous devez vous poser la question suivante : quelle part de photons (particules de lumière) restera disponible pour vos cultures ?  

Chaque photon alimente deux moteurs, la photosynthèse et la production électrique (pour aller plus loin, lisez : fonctionnement panneaux solaires). Mal dimensionner cette répartition, c’est pénaliser d’un côté votre récolte, de l’autre la production électrique. 

Besoins lumineux des cultures : trouver le bon compromis 

Pour une plante, la lumière est une « monnaie » : plus elle en reçoit dans sa plage utile, plus elle peut fabriquer de sucres et donc de biomasse.

Cette plage se mesure par le DLI (Intégrale de Lumière Journalière) c’est-à-dire la quantité totale de photons reçus en 24 h; elle varie fortement selon les espèces : 

  1. Légumes-feuilles (laitue, jeunes pousses) : 12–17 mol m⁻² j⁻¹ 
  2. Solanacées et cucurbitacées (tomate, poivron, concombre) : 20–30 mol m⁻² j⁻¹ 
  3. Plantes d’ombre (certaines aromatiques, fougères) : 6–12 mol m⁻² j⁻¹ 

Trop peu de lumière (cas typique : hiver ou serre trop ombragée) :

Trop de lumière  (surtout en été, sous latitude sud ou pour espèces d’ombre) : 

  • Croissance lente, tiges filantes, feuilles pâles 
  • Floraison et nouaison réduites ➜ rendement moindre 
  • Sensibilité accrue aux maladies fongiques (milieu humide, métabolisme ralenti) 
  • Chauffe excessive des tissus ➜ brûlures, « sun-scald » sur fruits 
  • Photoinhibition : la photosynthèse sature puis chute, l’énergie en trop est dissipée sous forme de chaleur ou de radicaux libres 
  • Transpiration forte ➜ stress hydrique, déséquilibre nutritif (pompe à eau + sels) 

Spécificité d’une serre photovoltaïque

L’ajout de modules PV crée un ombrage permanent ou semi-mobile. Pour optimiser le rendement agricole, il est crucial de bien les positionner : 

  1. Si la disposition est hétérogène (bandes opaques mal espacées)  

➜ zones sur-éclairées et zones sous-éclairées ; calibre et maturité inégaux. 

  • 2. Bien conçue (panneaux espacés ou à pas variables)  

➜ ombrage modéré qui protège du coup de chaud estival tout en gardant un DLI suffisant le reste de l’année. 

Impact de la couverture photovoltaïque sur la photosynthèse et le micro-climat 

Installer des panneaux solaires modifie forcément la quantité et la qualité de lumière reçue par les cultures, mais cet ombrage contrôlé peut devenir un levier agronomique lorsqu’il est bien dimensionné. 

1. Ce qui change dans le rayonnement 

  • Réduction du DLI : –15 à –40 % selon le pourcentage de toiture occupé. 
  • Part accrue de lumière diffuse (rayonnement « mou ») lorsque les panneaux sont espacés ou associés à un vitrage diffusant ; les photons arrivent sous plus d’angles, ce qui pénètre mieux dans le couvert végétal. 

2. Effets micro-climatiques généralement favorables 

  • Température sous abri plus stable 
    – Pic diurne abaissé de 1 à 3 °C en été ; nuits légèrement plus douces grâce à l’inertie thermique de l’air confiné.  
  • Stress hydrique réduit 
    – L’évapotranspiration chute de 10 à 20 % : économie d’eau et de nutriments. 
  • Photosynthèse plus homogène dans la canopée 
    – La lumière diffuse éclaire les feuilles basses : +5 à +10 % de rendement possible sur cultures volumineuses (tomate sur fil, concombre). 
serre solaire lumineuse sous laquelle pousse des salades et des fèves

Comment maximiser la lumière sous une serre photovoltaïque?

Concilier rendement agricole et production électrique repose sur une conception qui  partage intelligemment les photons : orientation du bâtiment, taux d’occultation, matériaux de couverture et gestion active de la lumière. 

Orientation et espacement des panneaux solaires

1. Orientation du toit ou des modules 

  • Faîtage Nord-Sud (modules en pente Est et Ouest) 
    – Ombre qui se déplace : meilleure uniformité lumineuse sur les rangs. 
    – Courbe de production PV plus étalée, donc autoconsommation facilitée. 
  • Pente unique plein Sud (toit asymétrique) 
    – +5 à +15 % d’énergie annuelle par rapport à un double versant. 
    – Ombre plus statique ; à préférer pour cultures peu sensibles ou si compensation par diffusion/LED. 
  • Est-Ouest (faîtage Nord-Sud) : lisse la courbe de production et répartit mieux l’ombre sur la culture ; le rendement annuel en kWh est proche d’une pente Sud mais légèrement inférieur (–5 à –10 %). 

Matériaux diffusants (verre satiné, film EVA + perlite, peintures calcaires)

Matériaux transparents “classiques”

Uniformisent l’éclairement : +5 à +12 % de rendement sur tomates en serre d’essai.

Transmission PAR maxi (> 88 %), mais lumière très directionnelle.

Atténuent les pics de température foliaire : –1 à –3 °C par plein soleil.

Risque de coups de soleil et de gradients lumineux marqués ; à compenser par filets d’ombrage mobiles ou chaulage saisonnier.

Peuvent intégrer des filtres IR-bloquants pour limiter la surchauffe.

Verres low-E ou films sélectifs UV/IR permettent de limiter respectivement la déperdition thermique nocturne et la chaleur estivale. 

2. Espacement / fraction d’occultation 
Le fractionnement, ou fraction d’occultation, correspond à la part de la surface totale du toit de la serre qui est couverte par les panneaux solaires. C’est une mesure essentielle, car elle détermine la quantité de lumière disponible pour les cultures. 

  • < 20 % : idéal pour cultures à forte DLI (tomate, fraise, plants d’arbres). 
  • 20-35 % : compromis pour légumes-feuilles, aromatiques ou plantes ornementales. 

Bon à savoir : ce n’est pas la culture qui doit s’adapter au module, c’est le taux d’occultation qui doit être ajusté au DLI cible de la culture. 

Utilisation de matériaux diffusants et transparents

Pourquoi la diffusion compte ? 
Un vitrage ou un film diffusant casse le rayon incident et transforme jusqu’à 70 % de la lumière directe en lumière diffuse ; les photons arrivent sous plusieurs angles, pénètrent plus profondément dans la canopée et réduisent les ombres dures. 

Synthèse opérationnelle

  1. Renseignez vos DLI cibles (mol m⁻² j⁻¹) par espèce et par saison. 
  2. Calculez le pourcentage de couverture PV compatible ; ajustez l’espacement si vous changez de culture. 
  3. Choisissez un vitrage diffusant ou appliquez un screen diffuseur pour optimiser la distribution de la lumière, même avec une couverture importante.  
  4. Intégrez des écrans thermiques mobiles  pour gérer simultanément la lumière, la température et l’économie d’énergie. 
  5. Sur cultures à haute valeur, prévoyez un éclairage d’appoint LED en hiver : 30-50 µmol m⁻² s⁻¹ suffisent souvent pour compenser la baisse de DLI. 

Ainsi conçue, votre serre photovoltaïque devient à la fois centrale électrique et outil de pilotage climatique, sans sacrifier la performance agronomique. 

Est-il possible de mesurer la performance lumineuse sous la serre?

Oui, et c’est une étape indispensable pour garantir la viabilité d’un projet agrivoltaïque. 

Sans une évaluation précise de la lumière qui parvient aux cultures, il est impossible d’assurer l’équilibre entre production agricole et production électrique. L’enjeu est double : 

  • Garantir la croissance optimale des cultures : Chaque plante a des besoins spécifiques en lumière (quantité et spectre) pour sa photosynthèse. Il faut s’assurer que ces besoins sont comblés. 
  • Valider la pertinence du taux d’ombrage : Le design photovoltaïque ne doit pas pénaliser le rendement agricole au point de rendre l’installation contre-productive. 

En somme, piloter un projet sans mesurer la lumière, c’est risquer de construire une serre très rentable en kilowattheures, mais déficitaire en tonnes récoltées. 

Comment calculer la lumière sous une serre photovoltaïque?

Il existe deux approches complémentaires pour quantifier la lumière : la simulation prédictive et la mesure sur le terrain. 

(en amont du projet ou pour tester des modifications)

L’approche la plus courante consiste à modéliser la serre et son environnement pour simuler l’éclairement sur une année complète, heure par heure. L’objectif est de prédire la quantité de rayonnement photosynthétiquement actif (PAR), la partie du spectre lumineux (400-700 nm) utile aux plantes. 

Cette simulation intègre plusieurs familles de paramètres : 

  • Caractéristiques des modules photovoltaïques : transparence, espacement entre les cellules, etc. 
  • Implantation des panneaux : orientation (nord-sud, est-ouest), inclinaison et hauteur. 
  • Dimensions de la serre : largeur, longueur, hauteur et pente des versants. 
  • Données climatiques et géographiques : des fichiers météo locaux sont utilisés pour intégrer l’ensoleillement et la nébulosité typiques du lieu. 

Le logiciel découpe ensuite la serre en plusieurs zones. Il calcule pour chacune la lumière reçue et l’agrège en une valeur clé : l’Intégrale Lumineuse Journalière (DLI). En comparant le DLI simulé aux besoins de la culture envisagée, on peut valider ou ajuster la configuration des panneaux avant même leur installation.

(une fois la serre construite)

Pour vérifier que la réalité correspond aux simulations et pour piloter la serre au quotidien, on utilise des capteurs PAR (ou capteurs quantiques). Placés au niveau des plantes, ils mesurent en temps réel la lumière disponible. 

Ces mesures permettent de : 

  • Calculer le DLI réel et le comparer au seuil agronomique requis par la culture. 
  • Déclencher des alertes si la lumière descend sous un niveau critique. 
  • Ajuster les stratégies d’éclairage d’appoint si nécessaire. 

En conclusion, la simulation et la mesure sont un duo gagnant. La première permet de concevoir un système optimisé, la seconde assure un suivi fin pour maximiser à la fois la production électrique et les rendements agricoles. 

Les serres photovoltaïques en tiers investissement avec Technique Solaire

Vous souhaitez investir dans une nouvelle serre pour développer votre activité, sans pour autant mobiliser toute votre trésorerie ? Chez Technique Solaire, nous avons conçu une solution de partenariat qui rend votre projet accessible. 

Notre modèle est simple : nous co-investissons avec vous. Technique Solaire, en tant qu’expert du solaire, finance, conçoit, installe et exploite la centrale photovoltaïque. Cette dernière forme la toiture du pan sud de votre serre. La valeur générée par cette production d’électricité solaire finance une grande partie de la structure.  

De votre côté, vous disposez d’une serre neuve et moderne pour un coût d’acquisition très avantageux. À la fin du bail, vous devenez propriétaire de la serre et pouvez demander le démantèlement complet de l’installation. Si vous choisissez de conserver la structure, vous bénéficiez des revenus générés par la vente de l’électricité, qui désormais vous reviennent intégralement. 

  • Un apport personnel fortement réduit : L’investissement solaire que nous portons diminue drastiquement votre mise de départ. Votre trésorerie reste disponible pour le cœur de votre métier. 
  • L’acquisition d’un outil de production neuf : Vous bénéficiez d’une serre moderne et performante, conçue pour s’adapter parfaitement à vos cultures. 
  • Les risques du solaire transférés : Technique Solaire assume l’intégralité des coûts, de la maintenance et des risques liés à la performance de l’installation photovoltaïque. 
  • Une expertise intégrée : Nos équipes pilotent toutes les étapes complexes : études de faisabilité, démarches administratives, construction et suivi de la production électrique. 
  • Un impact visible et durable : Vous participez activement à la transition énergétique en valorisant une surface déjà dédiée à l’agriculture, renforçant ainsi l’image écoresponsable de votre exploitation. 

Si l’agrivoltaïsme vous intéresse, Technique Solaire peut créer pour vous, toujours dans le cadre cette collaboration en tiers investissement, différentes structures agrivoltaïques adaptées à vos besoins : ferme solaire sur terrain stérile, hangar agricole photovoltaïque, abri solaire, volière d’élevage, stabulation photovoltaïque, etc. 

FAQ sur la serre photovoltaïque

La perte de lumière n’est pas fixe ; elle dépend de plusieurs leviers techniques : 

  • Type de modules

– Modules opaques espacés : pour 20 % de toiture couverte, on observe en général –15 à –25 % de PAR (Rayonnement Photosynthétiquement Actif) au niveau des cultures. 
– Modules semi-transparents (cellules ajourées, verre micro-pointe) : la même couverture n’enlève souvent que –10 à –18 % de PAR. 

  • Taux de couverture

Pour un rendement agronomique optimal, le taux de couverture des panneaux solaires est ajusté afin de s’adapter aux besoins en lumière de chaque culture. 

– Pour les cultures très exigeantes en lumière (tomate, fraise), un faible taux de couverture (< 20%) est souvent idéal. 

– Pour les légumes-fruits et jeunes plants, un taux de 20-30% est un bon compromis. 

Notre modèle de serre avec une haute couverture (50%) est conçu pour les cultures qui nécessitent un pilotage plus fin de leur environnement. Grâce à un vitrage diffusant, nous transformons la lumière directe en une lumière diffuse qui se répartit de manière homogène sur les cultures. Cela permet d’éviter les carences lumineuses, de limiter le stress hydrique et d’améliorer la photosynthèse, même avec un fort ombrage. 

  • Conception de la serre

– Faîtage haut, travées étroites et verre diffusant améliorent la pénétration de la lumière indirecte de 5 à 10 %. 
– Orienter les rangées de panneaux Nord-Sud fait “balayer” l’ombre et homogénéise le DLI (Intégrale Lumineuse Journalière) au sol. 

En pratique, une serre PV bien dimensionnée maintient 70 – 90 % du DLI nécessaire à la majorité des cultures, tout en produisant de l’électricité.  

Oui, à condition de piloter le climat et la lumière saison par saison : 

  • Hiver

– Journées courtes : relever le DLI avec 30 – 50 µmol m⁻² s⁻¹ de LED (alimentées par l’autoproduction) si le seuil agronomique n’est pas atteint. 
– Froideur nocturne : écrans thermiques ou chauffage d’appoint pour garder la température > seuil critique de la culture 

  • Inter-saisons

– Surveiller la ventilation pour éviter condensation et maladies fongiques. 
– Ajuster l’ouverture des ouvrants de faîtage pour lisser les variations jour/nuit.

  • Été

– Les modules apportent déjà 1 – 3 °C de gain de fraîcheur ; compléter par ventilation maximale, écrans d’ombrage mobiles et arrosage au plus près des besoins pour limiter le stress hydrique.

  • Choix variétal

– Adapter les espèces et densités de plantation au taux d’occultation (ex. : laitue ou basilic sous 30 % de couverture ; tomate ou fraise sous 15–25 %). 

En combinant couverture PV calculée, capteurs PAR, gestion climatique (ventilation, écrans, LED) et choix culturaux adaptés, la production agricole peut se poursuivre 12 mois sur 12 sans sacrifier la génération d’électricité. 

Tout commence par la définition du besoin : chaque espèce a son DLI cible, par exemple 20 à 30 mol m⁻² j⁻¹ pour la tomate, 15 à 22 pour la fraise et 12 à 17 pour la laitue. Une fois ces valeurs connues, on installe des capteurs PAR à hauteur de la canopée (compter un capteur pour environ 300 m²). Les sondes enregistrent le flux lumineux en continu et le logiciel calcule le DLI réel au jour le jour. 

Si la moyenne descend durablement sous 90 % de la cible, il faut agir : on peut retirer ou espacer quelques modules, remplacer des panneaux opaques par des versions ajourées, poser un film diffusant pour mieux répartir les photons ou, en hiver, allumer 30 à 50 µmol m⁻² s⁻¹ de LED d’appoint. La conduite culturale offre aussi des marges : ajuster la densité de plantation, relever le palissage, effeuiller légèrement pour maximiser l’interception de lumière disponible. 

Chaque mois, on compare les mesures avec la simulation lumineuse de la serre ; un écart persistant de plus de 10 % signale souvent un vitrage encrassé ou un capteur défaillant. Cette boucle « définir – mesurer – corriger » maintient la ration lumineuse au bon niveau, garantit la photosynthèse et préserve, en parallèle, la production d’électricité. 

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