INSOLAGRIN – Projet pilote agrivoltaïque à l’Agroscope de Conthey (VS)

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/502210
• Projekttitel Englisch: INSOLAGRIN – Agrivoltaic pilot project at Agroscope in Conthey (VS)

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Die vom Startup-Unternehmen Insolight SA in Lausanne entwickelten THEIA-Solarmodule bieten eine revolutionäre Kombination aus Lichtdurchlässigkeit und hohem Wirkungsgrad, die sich ideal für Agrovoltaikanlagen eignet. Sie ermöglichen es, die Erzeugung von Solarenergie mit einer Anpassung des durch die Module durchgelassenen Lichts zu koppeln, um die Photosynthese der Pflanzen zu optimieren. In diesem Projekt sollen die Solarmodule anstelle von schützenden Plastiktunneln über Beerenkulturen montiert werden. Das Projektteam (Romande Energie, Agroscope und Insolight) will mit seinem solaren und agronomischen Fachwissen die Doppelnutzung des Geländes und der Struktur demonstrieren. Diese Innovation bietet eine neue Lösung für die Errichtung großer Solaranlagen in der Schweiz, die gleichzeitig die Raumplanung und die Landschaft respektiert. Sie eröffnet auch neue Geschäftsmodelle, die mit der Doppelnutzung der Solaranlage als landwirtschaftlicher Schutz verbunden sind.

Kurzbeschreibung (Englisch)

THEIA solar modules developed by Lausanne-based startup Insolight SA offer a revolutionary combination of translucency and high efficiency, ideal for agrivoltaic installations. They enable solar energy production to be coupled with an adjustment of the light transmitted through the modules, to optimize plant photosynthesis. In this project, solar panels will be installed in place of protective plastic tunnels, above berry crops. The project team (Romande Energie, Agroscope and Insolight), thanks to their solar and agronomic expertise, aims to demonstrate the dual use of the land and the structure.This innovation offers a new solution for the deployment of large-scale solar installations in Switzerland, while respecting land-use planning and the landscape. It also opens up new economic models linked to the dual use of solar installations as agricultural protection.

Kurzbeschreibung (Französisch)

Les modules solaires THEIA développés par la startup Insolight SA, à Lausanne, offrent une combinaison révolutionnaire de translucidité et de haut rendement, idéale pour les installations agrivoltaïques. Ils permettent de coupler la production d’énergie solaire à un ajustement de la lumière transmise à travers les modules, pour optimiser la photosynthèse des plantes. Dans ce projet, les panneaux solaires vont être montés à la place de tunnels plastiques de protection, au-dessus de cultures de petits fruits. L’équipe du projet (Romande Energie, Agroscope et Insolight) grâce à leurs expertises solaires et agronomiques, vise à démontrer le double usage du terrain et de la structure.Cette innovation offre une nouvelle solution pour les déploiements de grandes installations solaires en Suisse, tout en respectant l’aménagement du territoire et le paysage. Elle ouvre également de nouveaux modèles économiques liés au double usage de l’installation solaire en tant que protection agricole.

Schlussbericht (Deutsch)

Dieser Bericht fasst die Aktivitäten und Ergebnisse des Forschungs- und Entwicklungsprojekts „Projet pilote agrivoltaïque à l’Agroscope de Conthey (VS)“ zusammen, das vom 20.03.2021 bis zum 30.11.2025 lief. Agrivoltaik bezeichnet die gleichzeitige Nutzung von Land für Solarenergie und Landwirtschaft. Im Kontext des Klimawandels bietet sie die Möglichkeit, Nutzpflanzen vor übermäßiger Sonneneinstrahlung, Starkregen und extremen Wetterereignissen zu schützen und gleichzeitig erneuerbare Energie zu erzeugen. In der Schweiz können Photovoltaikanlagen in landwirtschaftlichen Gebieten genehmigt werden, wenn sie die landwirtschaftlichen Interessen nicht beeinträchtigen und der landwirtschaftlichen Produktion Vorteile bringen. Ziel des Projekts war die Strom- und Agrarproduktion eines von der Firma Insolight für Beerenkulturen entwickelten agrivoltaischen Systems zu bewerten. Es wurden zwei Generationen von Systemen evaluiert, die mit maßgeschneiderten halbtransparenten Solarmodulen und einer für die Kulturen einstellbaren Lichtdurchlässigkeit ausgestattet waren.

Das Projekt zielte darauf ab, folgende Fragen zu beantworten:

• Kann die Agrivoltaik-Abdeckung die landwirtschaftliche Produktion durch den Schutz der Nutzpflanzen ähnlich wie herkömmliche Kunststoffabdeckungen fördern?
• Gibt es ein tragfähiges Geschäftsmodell, das sowohl für den landwirtschaftlichen Produzenten als auch für den Solarentwickler vorteilhaft ist?

Die wichtigsten Ergebnisse sind:

• Bau und Inbetriebnahme der ersten Agri-Photovoltaikanlage für Beerenkulturen in der Schweiz: eine 18-kWp-Anlage der ersten Generation mit prototypischen, halbtransparenten Modulen.
• Fünfjährige agronomische Versuchsreihe mit Himbeeren und Erdbeeren, elektrische und mikroklimatische Überwachung mit drei verschiedenen Agri-Photovoltaiksystemen der ersten und zweiten Generation.
• Bewertung der Wirtschaftlichkeit der Lösung für Landwirte und Solarentwickler.

Das Projekt zeigte die Grenzen des Prototyps der ersten Generation, der zu Beginn des Projekts gebaut wurde, hinsichtlich Stromerzeugung, Lichtverteilung und Systemkosten auf, wodurch eine Kommerzialisierung in dieser Form nicht möglich war. Ein System der zweiten Generation hingegen, basierend auf qualifizierten Komponenten, bietet eine zufriedenstellende Lichtdurchlässigkeit und einen spezifischen Stromertrag zu wirtschaftlich tragbaren Kosten. Mit wettbewerbsfähigen Investitionskosten und spezifischen Erträgen kann sich die Agrar-Photovoltaik-Abdeckung durch die Stromerzeugung selbst finanzieren, wobei die typische interne Kapitalrendite bei 15 bis 20 Jahren liegt.

Schutzwirkung der Agri-Photovoltaikabdeckung wurde während Hitzewellen, Frostnächten und einem Hagelsturm quantifiziert und das Potenzial der Agri-Photovoltaik zur Milderung der Auswirkungen extremer Wetterereignisse aufgezeigt.

Die agronomischen Ergebnisse zeigten je nach Jahreszeit, Kulturpflanze, Sorte, angewandter Beschattung und Art der Vergleichsfläche, mit der die Agri-Photovoltaik-Abdeckung verglichen wurde, unterschiedliche Resultate. Die wichtigsten Schlussfolgerungen aus den verschiedenen Versuchen sind:

• Bei Himbeeren ergab sich :
  • Im Vergleich zum Freilandanbau ein Vorteil hinsichtlich Ertrags, Fruchtgröße und Produktionskosten, wodurch die Anforderungen des Schweizer Rechtsrahmens erfüllt werden.
  • Im Vergleich zu zwei Typen von Kunststoffabdeckungen (mehrfeldrige Kunststoffgewächshäuser und Kunststoff-Regenabdeckungen) waren die Erträge unter der agrivoltaischen Abdeckung im Durchschnitt geringer, in einigen Fällen jedoch ähnlich, und die Fruchtgrößen waren im Durchschnitt ähnlich oder größer. Die Produktionskosten der Agri-Photovoltaik-Anlagen zwischen denen der beiden Vergleichsflächen. Für den Erzeuger ist daher ein rentables Geschäftsmodell möglich.

Bei Erdbeeren waren Ertrag und Zuckergehalt im Allgemeinen niedriger als unter Folientunneln oder -schirmen, insbesondere bei immer tragenden Sorten. Die Lichtverfügbarkeit war im Allgemeinen ein begrenzender Faktor für den Gesamt- und den vermarktbaren Ertrag, und Zuckergehalt. Bei Sommererdbeeren wurden vielversprechende erste Ergebnisse in den lichtdurchlässigsten Anlagen der zweiten Generation erzielt, deren Erträge denen der Kunststoffabdeckungen nahekommen, jedoch noch einer weiteren Bestätigung bedürfen.

Insgesamt zeigen diese Ergebnisse, dass die Agri-Photovoltaik-Abdeckung im Allgemeinen ihre Funktion als Witterungsschutz für die Beerenkulturen erfüllt und gleichzeitig erneuerbaren Strom zu wettbewerbsfähigen Kosten erzeugt. Diese Stromerzeugung wird ohne zusätzlichen Flächenbedarf im Vergleich zur ursprünglich ungeschützten Beerenproduktion erreicht. Die verschiedenen Versuchsergebnisse liefern Informationen darüber, welche Agrivoltaik-Konzepte am besten funktionieren und welche Sorten für den Anbau unter Agrivoltaik-Abdeckungen am besten geeignet sind.

Schlussbericht (Englisch)

This report summarises the activities and results of the P+D project "Projet pilote agrivoltaïque à l’Agroscope de Conthey (VS)", running from 20.03.2021 to 30.11.2025.

Agrivoltaics refers to the dual use of land for solar energy and agriculture. In the context of climate change, it offers the opportunity to protect crops against excessive solar radiation, rainfall and extreme climatic events, while producing renewable energy. In Switzerland, photovoltaic installations in agricultural zones can be allowed if they do not adversely affect agricultural interests and bring benefits to agricultural production. The objective of the project was to assess the electrical and agricultural productions of an agrivoltaic system designed for berry crops by the company Insolight. Two generations of systems were evaluated, featuring custom semi-transparent solar panels and adjustable light transmission for the crops.

The project aimed at answering the following questions:

• Can the agrivoltaic cover benefit the agricultural production by protecting crops, in a similar way to conventional plastic covers?
• Is there a viable business model beneficial for both the agricultural producer and the solar developer?

  The main achievements are:

• Construction and commissioning of the first agrivoltaic installation for berry crops in Switzerland: a 18kWp first-generation featuring prototypal semi-transparent panels
• 5 years of agronomic trials on raspberries and strawberries, electrical and micro-climatic monitoring with three different agrivoltaic systems of first and second generation.
• Evaluation of commercial viability of the solution, for the agricultural producer and the solar developer.

  The project showed the limits of the first prototype built at the project beginning in terms of electrical production, light homogeneity and system costs, making it unviable for commercialization as such. On the other hand, a second-generation system design, based on qualified components, provides satisfactory light transmission and specific electrical yield at an economically viable cost. With competitive Capital Expenditure and specific yield, the berry agrivoltaic cover can finance itself through the electricity production, with typical Internal Return on Investment times of 15-20 years.

  The protective effect of the agrivoltaic cover was quantified during heat waves, frost nights and a hailstorm, thus demonstrating the potential of agrivoltaics to mitigate the effect of extreme climatic events.

  Agronomical results showed varied outcomes, depending on seasons, species, varieties, applied shading, and type of reference zone to which the agrivoltaic cover was compared to. The main conclusions that emerge from the various trials are:

• For raspberries,
  • a benefit in terms of yield, fruit size and production costs compared to open field cultivation, thus satisfying the requirements set by the Swiss legal framework.
  • When compared to two types of plastic covers (multi-span plastic greenhouses and plastic raincovers), yields were in average lower, but in some cases similar under the agrivoltaic cover, and fruit sizes were in average similar or larger. Production costs are estimated to fall in-between those of the two types of reference zones. A viable business case is therefore possible for the producer.
• For strawberries, yields and sugar levels were in general lower than those obtained under plastic tunnels or raincovers, especially for everbearing varieties. Light availability was generally a limiting factor for total and marketable yields, as well as sugar content. For summer strawberries, promising first results in the most luminous second-generation installations were obtained, with yields close to those of the plastic covers, but need further confirmation.

Overall, these results show that the agrivoltaic cover generally fulfills its role of protective structure against severe weather for the berry crops, while producing renewable electricity at a competitive cost. This electricity production is achieved without additional land take than the originally unprotected berry production. The various trial results provide information on which agrivoltaic designs work best and on which varieties are most adapted for cultivation under agrivoltaic covers.

 

Main findings («Take-Home Messages»)

1. Agrivoltaics enable dual land use: In the context of climate change, the project demonstrated that berry crops can be protected while producing renewable electricity, without additional land take—supporting Switzerland’s Energy Strategy 2050 goals for solar expansion.
2. Competitive energy production: Agrivoltaic systems assessed during the second half of this project achieved a specific yield of ~1,200 kWh/kWp/year at a capital expenditure of ~1.3 CHF/Wp, making it cost-competitive with rooftop photovoltaics and far cheaper than alpine photovoltaics. A significant share of the production (~340 kWh/kWp) was achieved during the winter half-year, supporting the objectives of Switzerland to increase local winter production.
3. Agronomic viability confirmed: Raspberry yields were comparable or superior to open field cultivation, proving that the agrivoltaic cover provides benefits to the agricultural production. Over all the trials realized during 5 years, raspberry and strawberry yields were in average lower but in some cases comparable to those of conventional plastic covers, providing information on the varieties that are most adapted for cultivation under agrivoltaic covers.
4. Scalable solution for climate resilience: Agrivoltaics offer a pathway to deploy MW-scale solar installations, complementing fragmented rooftop photovoltaics, while mitigating climate risks for crops.

Zugehörige Dokumente

• Final Report_english [PDF] 5'055 kB

Schlussbericht (Französisch)

Ce rapport résume les activités et les résultats du projet de recherche et développement « Projet pilote agrivoltaïque à l’Agroscope de Conthey (VS) », mené du 20 mars 2021 au 30 novembre 2025.

L’agrivoltaïsme désigne la double utilisation des terres pour la production d’énergie solaire et l’agriculture. Dans le contexte du changement climatique, il offre la possibilité de protéger les cultures contre le rayonnement solaire excessif, les fortes pluies et les événements climatiques extrêmes, tout en produisant de l’énergie renouvelable. En Suisse, les installations photovoltaïques dans les zones agricoles peuvent être autorisées si elles ne nuisent pas aux intérêts agricoles et apportent des avantages à la production agricole. L’objectif du projet était d’évaluer les productions électrique et agricole d’un système agrivoltaïque conçu par la société Insolight pour la culture des petits fruits. Deux générations de systèmes ont été évaluées, équipées de panneaux solaires spéciaux semi-transparents et d'un système de transmission de lumière réglable pour les cultures.

Le projet visait à répondre aux questions suivantes :

• La couverture agrivoltaïque peut-elle être bénéfique à la production agricole en protégeant les cultures, à l’instar de tunnels plastiques conventionnels ?

• Existe-t-il un modèle économique viable, avantageux à la fois pour le producteur agricole et le développeur solaire ?

   Les principaux résultats sont les suivants :

• Construction et mise en service de la première installation agrivoltaïque pour la culture de petits fruits en Suisse : une installation de première génération de 18 kWc dotée de panneaux semi-transparents prototypes.
• Cinq années d’essais agronomiques sur framboises et fraises, avec un suivi électrique et microclimatique réalisé à l’aide de trois systèmes agrivoltaïques différents de première et deuxième générations.
• Évaluation de la viabilité commerciale de la solution, tant pour le producteur agricole que pour le développeur de projets solaires.

Le projet a mis en évidence les limites du prototype construit au début du projet en termes de production électrique, d’homogénéité lumineuse et de coûts du système, le rendant non commercialisable en l’état. En revanche, la conception d’un système de deuxième génération, basée sur des composants qualifiés, offre une transmission lumineuse et un rendement électrique spécifique satisfaisants à un coût économiquement viable. Avec un coût d’investissement et un rendement spécifique compétitifs, l’abri agrivoltaïque pour baies peut s'autofinancer grâce à la production d'électricité, avec un retour sur investissement interne typique de 15 à 20 ans.

L’effet protecteur de la couverture agrivoltaïque a été quantifié lors de vagues de chaleur, de gels nocturnes et d’un orage de grêle, démontrant ainsi le potentiel de l’agrivoltaïsme pour atténuer les effets des événements climatiques extrêmes.

Les résultats agronomiques ont montré des variations selon les saisons, les espèces, les variétés, l'ombrage appliqué et le type de zone de référence auquel la couverture agrivoltaïque a été comparée. Les principales conclusions des différents essais sont les suivantes :

• Pour les framboises :
  • un avantage en termes de rendement, de calibre des fruits et de coûts de production par rapport à la culture en plein champ, répondant ainsi aux exigences fixées par le cadre juridique suisse
  • Comparés à deux types de couvertures plastiques (serres plastiques multi-chapelles et parapluies), les rendements étaient en moyenne inférieurs, mais dans certains cas similaires sous l’abri agrivoltaïque, et la taille des fruits était en moyenne similaire ou supérieure. Les coûts de production des installations agrivoltaïques se situent entre ceux des deux types de zones de référence. Un modèle économique viable est donc possible pour le producteur.
• Pour les fraises, les rendements et les taux de sucre étaient généralement inférieurs à ceux obtenus sous tunnels ou parapluies plastiques, en particulier pour les variétés remontantes. La disponibilité de la lumière était généralement un facteur limitant pour les rendements totaux et commercialisables ainsi que pour le taux de sucre. Pour les fraises d’été, des premiers résultats prometteurs ont été obtenus sous les installations de deuxième génération les plus lumineuses, avec des rendements proches de ceux des couvertures plastiques.

En résumé, ces résultats montrent que la couverture agrivoltaïque remplit généralement son rôle de structure protectrice contre les événements météorologiques pour les cultures de petits fruits, tout en produisant de l'électricité renouvelable à un coût compétitif. Cette production d'électricité est réalisée sans prélèvement de terres supplémentaires par rapport à la production de baies initialement non protégée. Les différents résultats des essais fournissent des informations sur les designs agrivoltaïques qui fonctionnent le mieux et sur les variétés les mieux adaptées à la culture sous abri agrivoltaïque.