Agrivoltaïque

Le Japon a été le précurseur du développement de l'agrivoltaïque en plein champ dans le monde depuis 2004. Entre 2004 et 2017, plus de mille centrales agrivoltaïques en plein champ ont été développées au Japon.

En 2004 au Japon, Akira Nagashima développe une structure démontable qu'il teste sur plusieurs cultures en plein champ[5]. Depuis, de nombreux projets en plein champ ont été installés au Japon avec un grand nombre de cultures (agrumes, arachides, aubergines, concombres, choux, riz, vignes, champignons…) ou de l'élevage[11]. Les structures démontables permettent aux agriculteurs de retirer ou de déplacer les installations en fonction des rotations des cultures et de leurs besoins. Des centrales de plus en plus importantes pouvant atteindre des puissances de plusieurs MW sont développées depuis 2004 avec des structures pérennes et des systèmes dynamiques[16]^,[17]^,[18]. Ainsi, une centrale de 35 MW, installée sur 54 ha de cultures en plein champ, a été mise en service en 2017[19]. Le taux d'ombrage de cette centrale atteint 50 %, une valeur supérieure aux 30 % d'ombrage utilisé habituellement sur les centrales agrivoltaïques japonaises. Les agriculteurs cultivent, entre autres, du ginseng , de l'ashitaba (en) et de la coriandre. Prochainement, l'île d'Ukujima devrait accueillir une centrale solaire de 480 MW dont une partie sera agrivoltaïque. Le projet est à l'étude depuis 2013 et les différents partenaires ont signé un accord pour un début de construction en 2019[20].

Pour avoir l'autorisation d'exploiter des panneaux solaires au-dessus des cultures, la législation japonaise impose que les agriculteurs maintiennent au moins 80 % de la production agricole.

En 2016, l'entreprise italienne REM TEC a construit une centrale agrovoltaïque de 0,5 MWc dans le xian de Jinzhai (province de l'Anhui)[21]. Les entreprises chinoises ont développé plusieurs GW de centrales solaires combinant agriculture et production d'énergie solaire, soit des serres photovoltaïques soit des installations en plein champ. Par exemple en août 2016, la société Panda Green Energy a installé des panneaux solaires au-dessus de vignes à Turpan dans la région autonome ouighoure du Xinjiang[22]. La centrale de 0,2 MW a été reliée au réseau. Le projet a été audité en octobre 2017 et l’entreprise a reçu l'autorisation pour déployer son système dans tout le pays. Des projets de plusieurs de dizaines de MW ont été déployés en plein champ. Par exemple, en 2016, dans la province de Jiangxi, une centrale agrivoltaïque de 70 MW a été installée sur des cultures agricoles et forestières.

Depuis trente ans, le groupe Elion tente de lutter contre la désertification dans la région de Kubuqi[23]. Parmi les techniques utilisées, des systèmes agrivoltaïques ont été installés pour protéger les cultures et produire de l'électricité. Concernant les équipements pour les zones désertiques, Wan You-Bao a déposé un brevet en 2007 sur un système d'ombrière pour protéger les cultures dans le désert. Les ombrières sont équipées de panneaux solaires[24].

La Corée du Sud mène les premiers essais de centrales agrivoltaïques en s'inspirant de l'exemple japonais depuis 2017[25]. L'agrivoltaïque est une des solutions étudiées pour augmenter la part d'énergies renouvelables dans le mix énergétique de la Corée (l'objectif est d'atteindre 20 % d'énergies renouvelables en 2030 contre 5 % en 2017).

Des projets pour des sites isolés sont étudiés par l'Amity University à Noida dans le nord de l'Inde[26]. Une étude publiée en 2017 s'intéresse au potentiel de l'agrivoltaïque pour des vignes en inde[27]. Les systèmes agrivoltaïques étudiés dans cet article sont constitués de panneaux solaires intercalés entre les cultures pour limiter l'ombrage sur les plantes. Cette étude suggère que les systèmes agrivoltaïques peuvent augmenter de manière significative les revenus des agriculteurs indiens.

L'Universiti Putra Malaysia, spécialisée en agronomie, a lancé des expérimentations en 2015 sur des plantations de Orthosiphon stamineus (en) (Java tea). Il s'agit d'une structure fixe installée sur une surface d'expérimentation d'environ 0,4 ha[28].

Fraunhofer ISE a déployé leur système agrivoltaïque dans une ferme de crevettes située à Bac Liêu dans le delta du Mékong. D'après cet institut, les résultats de leur projet pilote indiquent que la consommation d'eau a été réduite jusqu'à 75%. Leur système offrirait d'autres avantages comme de l'ombrage pour les travailleurs ainsi qu'une température d'eau plus basse et stable permettant une meilleure croissance des crevettes[29].

Culture couverte par des panneaux photovoltaïques, Efteling, Pays-Bas.

En Europe au début des années 2000, des serres photovoltaïques font leur apparition. Une partie du toit des serres est remplacée par des panneaux solaires. En Autriche puis en Italie, des systèmes agrivoltaïques en plein champ font leur apparition à partir de 2007, suivis par la France et l'Allemagne.

En 2004, Günter Czaloun propose un système de panneaux solaires mobiles suspendus et actionnés par des câbles. Le premier prototype est construit dans le sud Tyrol en 2007 sur une surface de 0,1 ha[30]. Les panneaux sont surélevés à plus de cinq mètres du sol. Un nouveau système a été présenté à la conférence Intersolar 2017 à Munich. Par rapport aux autres systèmes agrivoltaïques en plein champ, cette technologie est potentiellement moins chère car elle nécessite moins d'acier.

En 2009 et 2011, des vignobles ont été équipés d'un système agrivoltaïque avec des panneaux fixes. Les expérimentations ont montré une légère baisse de rendement et des vendanges tardives[31]^,[32].

En 2009, l'entreprise italienne REM TEC développe un système de tracking solaire sur deux axes pour orienter les panneaux solaires. En 2011 et 2012, REM TEC a construit plusieurs MW de centrales agrivoltaïques en plein champ[33]^,[34]^,[35]. Ce sont les premières centrales agrivoltaïques en plein champ en Europe. Les panneaux solaires sont situés à cinq mètres au-dessus du sol pour laisser passer les engins agricoles. Le taux d'occupation des panneaux solaires est inférieur à 15 % pour ne pas défavoriser les cultures[35]. Ils sont les premiers à proposer des systèmes de filets de protections automatisés, intégrés à la structure porteuse[36]. REM TEC conçoit également des systèmes de panneaux solaires mobiles installés au-dessus d'une serre agricole et intégrés à la structure de la serre[37]. Le contrôle de la position des panneaux permettrait d'optimiser le micro-climat de la serre.

Depuis le début des années 2000, plusieurs entreprises déploient des serres photovoltaïques sur le territoire français. Plusieurs types de serres ont été construits avec des architectures et des dispositions de panneaux solaires variées. Les concepteurs de serres photovoltaïques continuent d'innover pour améliorer à la fois la production agricole et la production électrique. Le concept d'Agrinergie développé par la société Akuo Energy depuis 2007 en est une des illustrations. Les premières centrales consistaient à intercaler cultures et rangées de panneaux solaires. En 2017, la société Tenergie a commencé le déploiement de serres photovoltaïques avec une architecture permettant de diffuser la lumière afin de réduire les contrastes entre les bandes de lumière et les bandes d'ombre créées par les panneaux solaires[38].

Depuis 2009, l'INRA, l'IRSTEA et la société Sun'R travaillent sur le programme Sun'Agri, un programme de recherche[39]^,[40]. Le projet a été récompensé par l'académie d'agriculture[41], il a été lauréat de l'appel à projet PIA « Industries et Agriculture Eco-efficientes » en 2017 et il a reçu la médaille d'or du salon SITEVI 2019[42]et le SIVAL d'Or 2021[43]. Un premier prototype installé en plein champ avec des panneaux fixes est construit en 2009 sur une surface de 0,1 ha à Montpellier[44]. D'autres prototypes avec des panneaux mobiles sur un axe ont été construits en 2014[44] et 2017[45]. L'objectif de ces études est de parvenir à contrôler le microclimat reçu par les plantes et de produire de l'électricité, en optimisant la position des panneaux solaires et en définissant comment le rayonnement est réparti entre les cultures et les panneaux solaires. La première centrale agrivoltaïque en plein champ de Sun'R est construite au printemps 2018 à Tresserre dans les Pyrénées-Orientales. Cette centrale a une puissance de 2,2 MWc installée sur 4,5 ha de vignes[45]. Elle permettra d’évaluer, à grande échelle et en conditions réelles, les performances du système Sun'Agri sur des vignes. Les résultats de cette expérimentation permettront de développer des modèles de pilotage des panneaux solaires pour contrôler à chaque instant l’ombrage apporté aux vignes. D'autres centrales devraient être déployées sur différents types de productions (maraichage, arboriculture, viticulture)[46]. Cette première centrale agrivoltaïque a été inaugurée le 8 novembre 2018.

En 2016, la société Ombrea s'est spécialisée sur des ombrières agrivoltaïques[47]^{[source insuffisante],}[48]. Après un premier prototype construit en 2017 à Aix-en-Provence, Ombrea a déployé son système sur un terrain de l'institut de recherche national sur l’horticulture Astredhor à Hyères[49]^,[50] et a été récompensée en 2017 par le 1^er prix des « Smartcity innovation awards »[51]. L'entreprise est également lauréate du concours Med'Innovant 2017[52] et a présenté sa technologie au CES de Las Vegas en janvier 2018[53].

L’État français a chargé la Commission de régulation de l'énergie (CRE) d'organiser des appels d’offres pour réguler la production d’énergie renouvelable bénéficiant du soutien de l’État. La CRE rédige le cahier des charges des appels d'offres puis elle analyse les offres et propose un classement[54]. De nombreuses serres photovoltaïques ont été développées grâce à ces appels d'offres. De même, la centrale agrivoltaïque de Tresserre a bénéficié du troisième appel d’offres lancé en 2014 et portant sur la réalisation et l’exploitation de centrales solaires au sol, sur ombrières de parking et sur grandes toitures[55].

La ministre de l’Environnement, Ségolène Royal, a lancé un appel d’offres sur les technologies solaires innovantes le 14 mars 2017[56]. Il est segmenté en plusieurs familles dont une famille « agrivoltaïque » et en trois périodes de candidature successives. Les dates limites de dépôt des offres s’étalent du 2 octobre 2017 au 30 septembre 2019, pour une puissance cumulée appelée totale de 210 MW dont 45 MW pour la famille « agrivoltaïque ». Les résultats de la première période ont été annoncés le 8 février 2018[57]. Les sociétés Akuo Energy, Tenergie et Voltalia se sont partagé les 15 MW attribués pour cette première période.

Les lauréats de la deuxième période de l'appel d'offres portant sur la réalisation et l’exploitation d’installations de production d’électricité innovantes à partir de l’énergie solaire ont été annoncés le 1^er avril 2020[58]. La puissance cumulée allouée totale pour la famille Agrivoltaïsme est de 43,6 MWc sur les 80 MWc ouverts. Voltalia est le seul développeur à être lauréat sur les deux appels d'offres avec un taux de succès de 100 %. Les développeurs lauréats de la deuxième période sont par ordre décroissant de puissance allouée: Sun'R (33 MWc), Voltalia (3 MWc), Altergie (2,5 MWc), Total (1,5 MWc). Deux autres projets ont également été lauréats mais les développeurs ne sont pas identifiés.

Dans ce modèle, le système agrivoltaïque, outil de protection des cultures, est le cœur d'un partenariat entre un agriculteur et un producteur photovoltaïque. Le troisième acteur, indépendant des deux premiers, pilote les panneaux, en fonction d'algorithmes. Le pilotage des panneaux est toujours fait en priorité au profit des plantes, et dans un second temps pour la production électrique. La priorité de la production agricole sur la production électrique est garantie par ce troisième acteur. Néanmoins, ce modèle nécessite d'être lauréat aux appels d'offres de la CRE pour obtenir un tarif d'achat de la production électrique (voir section précédente).

Dans le modèle proposé par la société Sun'Agri, Sun'Agri conçoit et construit la structure agrivoltaïque, pilote les persiennes dans le respect de la priorité agricole et réalise le suivi agronomique du projet; l'agriculteur bénéficie d'une structure agrivoltaïque dynamique pour sécuriser ses objectifs de production et une société de projets assure les investissements de l'infrastructure et bénéficie des revenus de la revente d'électricité. D'après la société Sun'Agri, le pilotage des persiennes est toujours fait au profit des plantes, la production électrique est un bénéfice secondaire. La priorité de la production agricole sur la production électrique est garantie par Sun'Agri. Néanmoins, ce modèle nécessite d'être lauréat aux appels d'offres de la CRE pour obtenir un tarif d'achat de la production électrique (voir section précédente).

La société Ombrea propose ses ombrières comme un outil agricole, sans panneaux solaires, destiné à protéger les cultures agricoles et à moduler le rayonnement solaire reçu par les plantes. L'ajout de panneaux solaires sur le toit des ombrières est une option qui peut permettre d'améliorer le retour sur investissement[59].

En 2011, l'institut Fraunhofer ISE se lance également sur le sujet en Allemagne sous la dénomination « agrophotovoltaïque »[8]. Les développements s'accélèrent avec le projet APV-Resola débuté en 2015 et qui doit se terminer en 2020[60]. Un premier prototype de 194,4 kWc est construit en 2016 sur un terrain de 0,5 ha appartenant à la ferme coopérative Hofgemeinschaft Heggelbach à Herdwangen (Bade-Wurtemberg)[61]. Ils estiment que de telles structures seront rentables sans aide gouvernementale à partir de 2022[62].

Le département d'agronomie de l'Université de Aarhus a lancé un projet d'étude de système agrivoltaïques sur des vergers en 2014[63].

En 2017, la société Work-ing d.o.o a installé une centrale agrivoltaïque de 500 kW en plein champ dans le comitat de Virovitica-Podravina. Le volet agronomique de cette centrale est pris en charge par l'Université de Osijek et l'école d'ingénieur agronome de Slatina. Une partie de l'électricité produite est utilisée pour le système d'irrigation et le fonctionnement des machines agricoles. Dans un premier temps, des cultures adaptées à l'ombre seront testées sous le dispositif[64].

En 2019, le développeur photovoltaïque Solarcentury a signé un accord pour la construction et la maintenance du plus grand parc agrivoltaïque d'Europe. La centrale s'étendra sur 24 ha de myrtilles[65].

Aux États-Unis, la société SolAgra s'intéresse au concept en collaboration avec le département d'agronomie de l'Université de Californie à Davis[66]. Une première centrale sur 0,4 ha est en cours de développement. Une surface de 2,8 ha est utilisée comme témoin. Plusieurs types de plantes sont étudiées: luzerne, sorgho, laitue, épinards, betteraves, carottes, blettes, radis, pommes de terre, roquette, menthe, navets, chou frisé, persil, coriandre, haricots, pois, échalotes, moutarde… Des projets pour des sites isolés sont également étudiés[67]. Des systèmes expérimentaux sont étudiés par plusieurs universités: le projet Biosphere 2 à l'Université de l'Arizona[68], le projet de l'école d'agriculture de Stockbridge (Université du Massachusetts à Amherst)[69].

Trois systèmes agrivoltaïques de 13 kWc ont été construits au Chili en 2017. Le but de ce projet, soutenu par la région Métropolitaine de Santiago, était d'étudier les plantes pouvant bénéficier de l'ombrage du système agrivoltaïque. L'électricité produite a été utilisée pour alimenter des installations agricoles : nettoyage, emballage et stockage froid de la production agricole, incubateur pour des œufs… Un des systèmes a été installé dans une région où l'alimentation électrique est souvent interrompue[29].

L'approche la plus simple consiste à installer des panneaux solaires fixes sur des serres agricoles ou en plein champs, surélevés au-dessus des cultures ou entre les cultures. Il est possible d'optimiser l’installation en modifiant la densité de panneaux solaires ou l’inclinaison des panneaux. Au Japon, les systèmes agrivoltaïques sont généralement constitués de structures légères démontables avec des panneaux solaires allégés et de petite taille pour réduire la prise au vent.

Dans des configurations plus élaborées, les panneaux solaires sont mobiles et peuvent être contrôlés pour optimiser leur positionnement afin de favoriser la production agricole.

Les premiers dispositifs agrivoltaïques dynamiques ont été développés au Japon. Les panneaux sont orientables manuellement[70]. Les agriculteurs modifient la position des panneaux en fonction de la saison ou du stade de développement des cultures pour augmenter ou diminuer l'ombrage et la production électrique. Les entreprises japonaises ont également développé plusieurs systèmes plus élaborés. Par exemple, des cultures poussent sous des systèmes composés de tables (25 panneaux solaires) fixées sur un poteau central et orientables sur deux axes[18].

En 2004, Günter Czaloun propose un système de panneaux solaires mobiles suspendus et actionnés par des câbles. Les panneaux peuvent être orientés pour améliorer la production électrique ou ombrer les cultures en fonction des besoins. Le premier prototype est construit en 2007 en Autriche. L'entreprise REM TEC a déployé plusieurs centrales équipées d'un système de rotation des panneaux solaires sur deux axes en Italie et en Chine. Leur système permet de positionner les panneaux avec une grande précision. Ils ont également développé un système équivalent pour équiper des serres agricoles.

En France, les sociétés Sun'Agri et Ombrea développent des systèmes mobiles selon un seul axe. D'après ces sociétés, leurs systèmes s'adaptent au besoin des plantes. La société Sun'Agri propose un système qui permet une rotation des panneaux selon un axe est-ouest. D'après la société Sun'Agri, le pilotage infra-journalier est réalisé au moyen d'algorithmes qui intègrent les modèles complexes de croissance de plantes, les modèles de comportements hydriques des plantes, les modèles de prévisions météorologiques et un logiciel d'optimisation du positionnement des panneaux[71]. Le dispositif de la société Ombrea est équipé de panneaux orientés vers le sud qui peuvent s'effacer grâce à un système de glissières.

La société Artigianfer commercialise une serre photovoltaïque dont les panneaux solaires sont installés sur des ouvrants mobiles[72]. Les panneaux peuvent suivre la course du Soleil selon un axe est-ouest.

La difficulté de tels systèmes est de trouver le mode de fonctionnement pour maintenir les bons équilibres entre les deux types de production en fonction des effets recherchés. Le pilotage fin des panneaux pour adapter l'ombrage au besoin des plantes nécessite des compétences agronomiques avancées pour comprendre le développement des plantes. Les dispositifs expérimentaux sont généralement développés en collaboration avec des centres de recherches.

Les panneaux photovoltaïques bifaciaux (dont le prix approche celui des panneaux monofaciaux dans au début des années 2020) peuvent produire selon les fabricants de 5 à 30 % d'électricité en plus que des panneaux classiques, avec un rendement augmenté de 40 % en conditions vraiment optimales de forte albédo (site enneigé ou désertique à sol clair)[73]. En France, les gains attendus sont plutôt, en moyenne, de quelques pour cent. Ces panneaux sont utilisé verticalement avec donc une très faible emprise au sol. Depuis la fin des années 2010, des tests sont faits en France, dont par le producteur indépendant d'énergie Corsica Sole à partir de 2022 (dans les Vosges, en Meurthe-et-Moselle, dans le Loiret et dans les Landes) pour comparer plusieurs technologies et configurations (sur friches industrielles, sols en béton, en gravier ou en milieu rural. Ces panneaux doivent être placés en hauteur pour bénéficier d'un réfléchissement, et solidement car ils ont une prise au vent importante, en ligne unique ou multiples (mais alors suffisamment pour limiter les effets d'ombrages. Ils peuvent jouer un rôle d'ombrière verticale ou être intégré à l'agrivoltaïsme[73].

Après des tests faits par le laboratoire Laborelec (dans un désert du Chili contexte où le gain était de 10 %), d'autres tests sont prévus, soutenus par la CRE, en France, dans les Pyrénées Orientales (à Thémis où la neige est fréquente), et dans les Hautes-Pyrénées (Lannemezan), en Haute-Garonne (Bessières) et dans le Morbihan (Gueltas) respectivement dans une ancienne carrière de craie, sur une friche, et sur un centre d'enfouissement technique). Alors que les panneaux fixes classiques produisent plus quand le soleil est au zénith, ceux ci peuvent, de manière complémentaire mieux capter les rayons du matin et de l'après midi[73].

La CNR va tester le bifacial en centrales linéaires le long de digues et voies de circulation (rail, route, voies cyclables) à Sablons et le long de la ViaRhôna et envisage ensuite des longueurs de 10 à 20 km (à partir de 2024), peut être avec une électricité exporté en courant continu selon un projet conduit avec le Super Grid Institute, via un réseau qui pourrait être partagé avec d'autres parcs (éolien, solaire) qui pourrait directement alimenter des bornes de recharge, des électrolyseurs…)[73].

La société Sundrop Farms (en) commercialise une centrale photovoltaïque à concentration associée à des cultures agricoles pour les zones désertiques. Les plantes sont cultivées hors-sol dans des serres. Les miroirs de la centrale chauffent de l'eau de mer. La vapeur d'eau est utilisée pour climatiser la serre, pour irriguer les plantes et pour alimenter la turbine qui génère de l'électricité[74]. Une première centrale a été construite à Port Augusta, en Australie entre 2014 et 2016. En 2017, deux autres centrales ont été implantées à Odemira au Portugal et dans le Tennessee aux États-Unis.

À l'origine, l'association de panneaux solaires au-dessus de cultures agricoles avait pour but d'apporter une solution à la compétition pour l'utilisation des terres arables entre production agricole et production électrique photovoltaïque. Pour comparer la performance de l’association de deux productions différentes, le LER (Land Equivalent Ratio) est défini comme la surface relative nécessaire pour avoir la même production que leur association[75]. Un LER supérieur à 1 indique que l’association est plus performante que les productions séparées sur deux surfaces distinctes. Par exemple, un LER de 1,3 signifie que, pour obtenir la même production sur deux surfaces distinctes, il faudrait 30 % de surface en plus. La cohabitation entre culture agricole et production d'énergie photovoltaïque permettrait d'obtenir un LER supérieur à 1 et donc d'améliorer la production totale sur la surface équipée[3].

Depuis quelques années, les développeurs de solutions agrivoltaïques mettent en avant d'autres bénéfices pour les agriculteurs apportés par ces systèmes et en particulier une protection contre les risques et dérèglements climatiques. Par exemple, les sociétés Ombrea et Sun'Agri présentent leurs produits comme des outils agricoles dont le but premier est de protéger les cultures et dont la production d'énergie photovoltaïque est un bénéfice secondaire[47].

• Protection contre les températures extrêmes (gel ou canicule) :
  • dans les serres avec ou sans régulation de température, avec ou sans blanchiment ;
  • en plein champ avec une réduction des amplitudes de température grâce à l'ombrage en cas de fortes chaleurs ou un effet de serre en cas de gel.
• Protection contre la grêle :
  • dans les serres fermées avec un toit ;
  • en plein champ avec des systèmes d'accroche ou le déploiement de filets de protection automatiques intégrés à la structure.
• Réduction de la consommation en eau par une réduction de l'évapotranspiration des plantes grâce à l'ombrage des cultures.
• Augmentation des rendements agricoles.

Les bénéfices réels de ces systèmes ne sont cependant pas encore complètement validés principalement par manque d'études à long terme sur des surfaces représentatives. Les développeurs de systèmes agrivoltaïques réalisent peu d'études sur les performances agronomiques de leurs produits ou ne les communiquent pas. Des études par des organismes indépendants ont été menées principalement sur des serres photovoltaïques[76]. En France, des études sur des serres photovoltaïques réalisées par l'APREL sont disponibles sur leur site internet[77]. Pour les installations en plein champ, des expérimentations ont été réalisées sur de petites surfaces mais les effets de bord sont trop importants pour que les résultats soient complètement fiables.

Le principal risque de tels dispositifs concerne le manque de luminosité pour les plantes et une baisse de la production agricole. Les serres photovoltaïques ont créé une vive polémique dans le monde agricole. Selon les itinéraires techniques ou le type de culture, les rendements agricoles sous les serres photovoltaïques peuvent être fortement réduits[78]^,[76]. Ainsi, les cultures dans des serres agricoles photovoltaïques nécessitent une adaptation des pratiques culturales[79] et les fabricants essaient d'adapter ces outils aux besoins des agriculteurs. Certaines serres photovoltaïques sont également soupçonnées de n'être que des prétextes pour installer des centrales solaires sur les terres agricoles[80]^,[81]. Au Japon, pour avoir l'autorisation d'exploiter des panneaux solaires au-dessus des cultures, la législation japonaise impose que les agriculteurs maintiennent une production agricole supérieure à 80 % de la production agricole avant l'installation des panneaux[11].

Des dispositifs ombragés peuvent également induire une augmentation de l'humidité et un risque accru de maladies ou le développement de parasites. Le vent peut également présenter un risque de chute pour des systèmes en plein champ avec des panneaux solaires surélevés à plusieurs mètres au-dessus du sol.

Lors de la conception et de la construction d’une installation agrivoltaïque, il faut tenir compte de l'activité agricole envisagée et de ses exigences. Le tassement du sol et la modification des circulations d’eau peuvent dégrader la qualité du terrain pour l’agriculture. La disposition des panneaux solaires doit tenir compte de la taille, de la largeur, de la portée et du rayon de braquage des machines agricoles utilisées pour l’entretien des cultures. La sécurisation et la protection des câbles extérieurs, ainsi que la profondeur pour les câbles enterrés, doivent être prises en considération avec la présence de personnel, de machines agricoles ou du bétail.

L'impact visuel sur le paysage est également évoqué par les opposants aux systèmes agrivoltaïques[81]. Pour ces installations, les panneaux solaires sont généralement installés à quelques mètres du sol donc particulièrement visibles dans le paysage.

Dans le cas de structures pérennes ou pour des engagements sur de longues périodes (supérieures à cinq ans), la solidité financière de l'entreprise photovoltaïque peut être un risque pour l'agriculteur si l'industriel photovoltaïque s'est engagé à démonter la structure après une période de production, s'il doit opérer le fonctionnement de panneaux solaires mobiles ou s'il est chargé de la maintenance. En effet, si l'industriel photovoltaïque n'est plus capable d'honorer ses engagements, l'agriculteur peut se retrouver avec une partie de ses terrains immobilisée avec un système qui ne lui apporte plus de bénéfice voire qui nuit à sa production agricole ou à la valeur de son exploitation.

En France, surveillées de près par les chambres d'agricultures et les préfectures[79]^,[80], les entreprises dans le domaine de l'agrivoltaïque s'engagent peu à peu à garantir les rendements agricoles sous dispositifs agrivoltaïques et à fournir un soutien aux agriculteurs pour adapter leurs pratiques culturales. Pour l’appel d’offres sur les technologies solaires innovantes, le cahier des charges de la famille « agrivoltaïque » impose la présence d'une zone agricole témoin et un suivi par un organisme indépendant pour évaluer les conséquences des dispositifs agrivoltaïques sur la production agricole[82].

Au japon, les premières expérimentations de systèmes agrivoltaïques sur des rizières sont menées depuis 2004[5]. En Italie, une récolte de riz a été effectuée pour la première fois en 2017 sur une dizaine d'hectares à Monticelli d'Ongina sur le site de REM Tec[83].

Les premières expérimentations de systèmes agrivoltaïques pour les cultures maraîchères sont menées au Japon depuis 2004[5].

Dès 2009, la société Sun'Agri, l'INRA et l'IRSTEA ont caractérisé l'effet d'ombrage sur plusieurs espèces maraîchères au domaine expérimental Lavalette, plus particulièrement sur de la laitue[84]^,[85]. Plusieurs articles ont été publiés dans des revues scientifiques depuis 2009. Trois thèses ont également été soutenues sur le sujet.

La première centrale agrivoltaïque sur des vignes a été installée dans le sud de l'Italie en 2009. Le système couvre 1 000 mètres carrés de vignoble pour une production électrique de 50 kWc[31]. En 2011, un autre dispositif a été installé dans le nord de l'Italie[32].

Des expérimentations ont été menées à Turpan en Chine en 2016[22]. Les premiers résultats ont été concluants et les entreprises chinoises ont reçu l'autorisation de déployer des systèmes similaires dans tout le pays. Au Japon, plusieurs centrales agrivoltaïques sur des vignes ont été construites en 2017 et 2018. En 2017, la première étude publiée sur l'application de l'agrivoltaïque à la viticulture a été menée par l'Université technologique du Michigan aux États-Unis[27]. Cette étude concerne des vignobles en Inde. En France, les premières vendanges sous dispositif agrivoltaïque ont été réalisées à Rians en septembre 2019. Il s'agit d'un dispositif agrivoltaïque dynamique développé par la société Ombrea[86]. Par ailleurs, la société Sun'Agri travaille depuis quelque temps avec l'INRA dans le but d'étudier les effets d'ombrage sur la phénologie de la vigne. Début 2018, leur premier projet agrivoltaïque viticole a été construit dans les Pyrénées-Orientales[40].

Les systèmes agrivoltaïques installés sur des vignes sont parfois appelés centrales vitivoltaïques ou vitivoltaïsme.

Les premières études pour l’arboriculture ont été menées par l'Université de Aarhus au Danemark depuis 2014[63]. Des expérimentations ont lieu au Japon sur des figuiers depuis 2014[87]. La société Akuo Energy expérimente également un verger d'abricotiers conduit en agriculture biologique sous ombrières photovoltaïques[88]. La société Sun'Agri a mis en place un système agrivoltaïque dynamique à la station d'expérimentations de La Pugère sur des pommiers[89].

Le Japon a commencé à exploiter des champignonnières protégées par des panneaux solaires en 2017[90].

En 2009, la société Akuo Energy a construit la centrale agrivoltaïque en plein champ de Pierrefonds qui permet la production simultanée d'environ 3 200 MWh d'électricité et de 80 kg d'huile essentielle par an. Sur environ 2 ha de culture, la moitié est consacrée à la production d'huile essentielle de géranium rosat, l'autre moitié à la culture de la citronnelle, vétiver, ayapana, aloe vera^{[réf. souhaitée]}…

En 2011, la société Akuo energy a installé une serre photovoltaïque anticyclonique de 1 MWc abritant des cultures horticoles (lys et orchidées) sur la commune du Tampon[91]^,[92].

La start-up Ombrea a lancé une étude sur la pivoine en partenariat avec le Scradh d'Hyères en novembre 2017[93]. Il s'agit d'un dispositif dynamique en plein champ.

Il est possible de trouver des cultures de baies sous des centrales agrivoltaïques au Japon. Par exemple, des champs d'airelles ont été équipés d'un dispositif agrivoltaïque en 2014 dans une zone montagneuse de la préfecture de Shizuoka[94]. Ces champs ont la particularité d'être en pente. Les premières récoltes semblent indiquer qu'il n'y a pas de modification de la production ou de la qualité. Des cultures d'airelles en hydroponie sous dispositif agrivoltaïque sont également expérimentées dans la préfecture de Saitama depuis 2017[95].

Fraunhofer ISE a déployé un système pilote dans une ferme de crevettes située à Bac Liêu dans le delta du Mékong en 2017[29].