Nuova ricerca stabilisce distanza ottimale tra file di moduli solari nell’agrivoltaico in Europa

Un gruppo di scienziati dell’Università di Mälardalen in Svezia ha sviluppato una nuova metodologia per migliorare il rapporto equivalente terra (LER) negli impianti agrivoltaici in tutta Europa.

Il LER è un indicatore utilizzato in agricoltura per misurare l’efficienza delle colture consociate: definisce quanta superficie sarebbe necessaria in monocoltura per ottenere la stessa resa di un utilizzo combinato. Nell’agrivoltaico, questo parametro è fondamentale perché permette di quantificare il compromesso tra l’ombreggiamento dei pannelli solari e la crescita delle colture, considerando anche la produzione di energia elettrica.

“Le prestazioni degli impianti agrivoltaici dipendono fortemente dal contesto, guidate dalle interazioni tra clima locale, scelta delle colture e progettazione del sistema”, ha spiegato a pv magazine Sebastian Zainali, autore principale dello studio. “Le colture tolleranti all’ombra possono beneficiare di configurazioni fotovoltaiche più dense, mentre quelle più sensibili alla luce richiedono spazi maggiori e layout differenti. Questo significa che i sistemi agrivoltaici non possono essere standardizzati, ma devono essere adattati sia alle colture sia alle condizioni climatiche specifiche di ciascun sito”.

“I vincoli normativi influenzano fortemente quali progetti agrivoltaici siano effettivamente realizzabili”, ha aggiunto Zainali. “Politiche più flessibili e attente al clima permettono un uso del territorio molto più efficiente rispetto a soglie rigide. Non esiste un unico sistema ottimale: la progettazione varia a seconda che si dia priorità all’acqua, all’energia o alla produzione alimentare. Modificando queste priorità cambia radicalmente anche la geometria ideale, compresa la spaziatura dei filari, il tipo di impianto e l’orientamento dei pannelli”.

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La metodologia è stata applicata per valutare le prestazioni agrivoltaiche in tre località europee: Kärrbo Prästgård (Svezia), Jeggeleben (Germania) e Piacenza (Italia), rappresentative di diversi climi e contesti normativi. I ricercatori hanno utilizzato Agri-OptiCE, una piattaforma di simulazione e ottimizzazione che integra un modello di schermatura solare, un modello di prestazioni fotovoltaiche bifacciali e un modello di crescita delle colture con microclima, collegati tramite un algoritmo di ottimizzazione multi-obiettivo.

Un algoritmo genetico multi-obiettivo (GA) ha identificato le configurazioni progettuali ottimali, valutate attraverso il LER e l’evapotraspirazione cumulativa (ET), parametro chiave che collega l’uso dell’acqua, il microclima e la produzione di energia. I valori sono stati calcolati annualmente e mediati sulle rotazioni colturali per considerare la variabilità climatica. Analisi di sensibilità su passo dei filari, altezza, orientamento e tipo di sistema hanno permesso di comprendere le relazioni tra parametri e prestazioni oltre i risultati GA.

Sono stati presi in considerazione anche i vincoli normativi locali. In Svezia, per accedere ai sussidi, l’occupazione del suolo non può superare il 10%. In Germania, invece, i progetti devono garantire una resa agricola pari almeno al 66% e una perdita di terreno inferiore al 15%. In Italia, le regole prevedono più criteri: l’utilizzo del suolo deve essere inferiore al 30%, la produzione fotovoltaica superiore al 60% e l’altezza dei pannelli maggiore di 2,1 metri.

L’analisi ha evidenziato che l’inclinazione delle file è il parametro di progettazione più critico, influenzando ombreggiamento, produttività delle colture e variabilità annua della resa, mentre rientamento e altezza hanno effetti moderati. Nel modello base, piazzole con altezza superiore a 7 m spesso violano i vincoli di resa e copertura, mentre piazzole sopra i 10 m riducono l’efficienza d’uso del suolo e la produzione energetica per ettaro.

Una distanza tra i filari di 5–10 m garantisce il miglior compromesso, supportando elevata densità fotovoltaica e produzione di energia senza limitare la luce necessaria alle colture per massimizzare il LER totale. Piazzole più strette aumentano la resa fotovoltaica ma generano ombreggiamento eccessivo, mentre piazzole più larghe riducono l’ombra ma lasciano terreno inutilizzato, compromettendo l’efficienza complessiva.

L’analisi ha anche dimostrato che, in Svezia, i progetti focalizzati sull’energia riducono l’evapotraspirazione e aumentano la produzione fotovoltaica, ma limitano la resa agricola. L’uso dell’acqua, inoltre, risulta positivamente correlato alla produzione agricola e negativamente alle prestazioni dei pannelli. I risultati dipendono più dal tipo di vincolo che dalla sua severità: sistemi a un asse o elevati spesso rispettano le soglie di rendimento in diversi scenari.

“Nel complesso, questi risultati forniscono una guida quantitativa per la progettazione basata su configurazioni agrivoltaiche realistiche. Mostrano come vincoli eccessivamente rigidi possano escludere soluzioni valide, mentre regole mirate e basate su evidenze lasciano spazio a un’ottimizzazione sensibile al contesto”, hanno concluso i ricercatori.

Il lavoro di ricerca è stato presentato nello studio “Optimisation of agrivoltaic systems within the water-energy-food nexus“, pubblicato sulla rivista scientifica Journal of Cleaner Production.

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