Ricercatore: patata tra le colture più promettenti per lo sviluppo dell’agrivoltaico

Un gruppo di ricerca guidato dall’Università Cattolica ha portato a termine un esperimento sul campo a Borgo Virgilio (Mantova) della durata di quattro anni sulla coltivazione della patata in sistemi agrivoltaici (APV) con cinque livelli di ombreggiamento e due diverse configurazioni, mettendo in relazione l’ombreggiamento con le fasi di crescita del tubero stesso per colmare quello che il gruppo di ricerca considera una mancanza accademica. I ricercatori hanno pubblicato il paper, “Potato cultivation in agrivoltaic systems in Northern Italy: a four-year case study on array setup, shading patterns, and yield response” su Smart Agricultural Technology.

Michele Colauzzi, senior researcher presso l’Università di Piacenza e corresponding author, ha spiegato a pv magazine Italia che esistono delle “zone di tolleranza” oltre le quali le colture diminuiscono in modo significativo, in quanto la risposta della coltura alla radiazione non è lineare. Lo studio, in cui la modellizzazione ha avuto un ruolo complementare rispetto alle misurazioni dirette (temperatura, precipitazioni, irraggiamento, umidità e vento), dimostra che la diminuzione della radiazione è particolarmente negativa nella fase che inizia poco dopo l’emergenza e si estende fino alla fioritura.

La crescita delle patate è stata monitorata tramite l’altezza delle piante, l’indice di area fogliare (LAI) e l’area fogliare specifica (SLA). Al momento del raccolto sono stati misurati la resa commerciabile (t/ha), il numero di tuberi per metro quadrato, la distribuzione delle dimensioni dei tuberi e il contenuto di sostanza secca (DMC).

“I nostri risultati suggeriscono che, attraverso una gestione mirata dell’ombreggiamento, potrebbe essere possibile favorire la tuberizzazione (aumentando il numero di tuberi) e, successivamente, contenere l’eccessiva competizione durante la fase di accrescimento, ottenendo una distribuzione più equilibrata delle dimensioni”, ha concluso Colauzzi.

Lo scenario a piena luce (FL) è servito da riferimento, rappresentando la coltivazione standard delle patate senza ombreggiamento. Lo scenario ST1 corrispondeva al sistema di inseguimento Agrovoltaico non modificato. Nello scenario ST2-2021, una rete ombreggiante ad alta densità di 5 m × 12 m è stata installata orizzontalmente sotto i pannelli fotovoltaici, mentre in ST2-2022/2023 il team ha montato una struttura in legno di 3 m × 4 m ricoperta di polietilene nero sopra i pannelli. Nel 2024 è stato testato uno scenario anti-inseguimento (ST1+AT) per ridurre l’ombreggiamento durante la fase critica di formazione dei tuberi, ruotando l’asse secondario di 90° in direzione opposta al sole. Una volta completata la formazione dei tuberi, il sistema di inseguimento ha ripreso il normale funzionamento.

La profondità media dell’ombra per ST1 era di circa il 20% all’anno. ST2 ha raggiunto il 37,5% nel 2021 e il 42,3% nel 2022-2023, mentre ST1+AT ha registrato una media del 17% nel 2024. Le rese commerciabili riflettevano questi livelli di ombreggiatura: 51,5 t/ha in piena luce nel 2021 sono scese a 38,9 t/ha con ST1 e a 28,0 t/ha con ST2. Nel 2022, le rese sono diminuite da 38,0 t/ha (FL) a 29,9 t/ha (ST1) e 24,6 t/ha (ST2). Nel 2023, le rese hanno raggiunto 27,4 t/ha (FL) e 16,1 t/ha (ST2). Nel 2024, le rese erano simili con FL (30,3 t/ha) e ST1 (29,9 t/ha), mentre ST1+AT ha raggiunto 32,7 t/ha.

pv magazine Italia: La configurazione standard con inseguimento solare (ST1), caratterizzata da una bassa profondità media stagionale dell’ombra (≈13%), ha comportato riduzioni limitate della resa (–12% in media), mentre la configurazione con maggiore ombra (ST2) ha causato riduzioni della resa superiori al 30%. Corretto? Perché?

Michele Colauzzi: Sì, questo risultato è coerente con quanto osservato nello studio. La configurazione standard con inseguimento solare (ST1), caratterizzata da una riduzione media stagionale della radiazione relativamente contenuta (circa 13%), ha determinato una riduzione della resa limitata (circa –12% in media). Al contrario, nella configurazione più ombreggiata (ST2), le perdite produttive hanno superato il 30%. Questo comportamento può essere spiegato considerando che la risposta della coltura alla radiazione non è lineare. In presenza di riduzioni moderate della luce, la patata è in grado di compensare parzialmente attraverso meccanismi fisiologici e una certa plasticità nello sviluppo. Tuttavia, al di sopra di una certa soglia di ombreggiamento, la disponibilità di radiazione diventa limitante soprattutto nelle fasi più sensibili, come la tuberizzazione, con effetti diretti sulla determinazione del numero di tuberi. In queste condizioni, la capacità di compensazione della coltura si riduce e le perdite di resa aumentano in modo più marcato. Questo risultato evidenzia l’esistenza di una zona di tolleranza all’ombra, oltre la quale gli effetti negativi sulla produzione diventano significativamente più rilevanti.

Il parco solare utilizza un sistema di inseguimento a doppio asse Agrovoltaico di REM Tec, dotato di moduli in silicio monocristallino da 325 W con un’efficienza del 17%, per una potenza installata totale di 2.147 MW. Potreste spiegare le due configurazioni?

Con ST1 ci riferiamo agli impianti di prima generazione realizzati da REM TEC caratterizzati da due assi di rotazione (uno principale ed uno secondario) in grado di realizzare condizioni efficienti di inseguimento solare (sun-tracking) dotati anche di funzione back-tracking (riduzione dell’auto-ombreggiamento) che è importante con angoli solari bassi. La configurazione ST1 ha Ground Cover Ratio (GCR) piuttosto basso, < 0.14. La configurazione ST2 ha caratteristiche del tutto simili a ST1. La differenza principale tra le due configurazioni è data da una maggiore superficie dei pannelli per ST2 ed un GCR = 0.375 (che è piuttosto elevato) nel nostro studio ottenuto ampliando la superficie ombreggiante di sezioni dell’impianto ST1 con un telaio di legno ricoperto da un telo opaco.

Questo risultato è valido solo per determinate patate in determinate geografie o il risultato è generalizzabile? Come? A quali condizioni?

La risposta non è semplice. La maggiore aderenza la potremmo ottenere replicando un esperimento di questo tipo in condizioni di pianura Padana. Per quanto riguarda la zona di tolleranza all’ombreggiamento i dati ottenuti sono coerenti con altre osservazioni ottenute per la patata coltivata in agrovoltaico senza discostarci molto dai dati disponibili, si può ipotizzare che riduzioni della radiazione intorno al 15% siano generalmente ben tollerate dalla coltura della patata, e in alcuni casi, non si possono escludere anche effetti neutri o leggermente positivi rispetto alla produzione in piena luce.

In generale, quali sono i principali trade-off tra aspetti agronomici e produzione energetica individuati dalla vostra ricerca quando le patate vengono coltivate in sistemi agrivoltaici, e in che modo tali compromessi influenzano le scelte progettuali in ambito agrivoltaico?

In generale, il trade-off tra produzione agricola ed energetica nei sistemi agrivoltaici non può essere interpretato semplicemente come “più ombra = meno resa e più energia”. Nel caso della patata, i nostri risultati mostrano che è fondamentale considerare quando la riduzione della radiazione avviene, oltre che quanto è intensa. La coltura presenta infatti fasi di sviluppo particolarmente sensibili, come l’inizio della tuberizzazione, durante le quali la disponibilità di luce diventa determinante per la resa finale. Abbiamo osservato che, intervenendo in modo mirato sulla gestione dei pannelli (ad esempio con strategie di anti-tracking) durante queste finestre critiche, è possibile contenere le perdite produttive con un impatto relativamente limitato sulla produzione energetica (nel nostro caso inferiore al 14% su circa un mese). Questo porta a una conclusione importante: il compromesso tra agricoltura ed energia non è fisso, ma può essere gestito nel tempo. Di conseguenza, la progettazione degli impianti agrivoltaici dovrebbe evolvere verso configurazioni dinamiche, in grado di adattare l’ombreggiamento alle esigenze fisiologiche della coltura.

In generale, la patata secondo voi è compatibile con l’agrivoltaico?

In generale, la patata può essere considerata una coltura compatibile con i sistemi agrivoltaici. Già prima dello sviluppo dell’agrivoltaico, la letteratura aveva evidenziato come questa coltura sia in grado di mantenere performance produttive soddisfacenti anche in condizioni di moderato ombreggiamento. Questo la rende particolarmente interessante rispetto ad altre specie più sensibili alla riduzione della radiazione. Tuttavia, nel caso di impianti con ambizioni industriali e su larga scala, è fondamentale che la progettazione tenga conto della piena compatibilità con la meccanizzazione. Le operazioni colturali della patata, in particolare la raccolta, richiedono infatti l’impiego di macchine di grandi dimensioni, che impongono vincoli precisi in termini di altezza, disposizione e struttura dell’impianto agrivoltaico. Dal punto di vista agronomico, e anche sulla base della mia esperienza in programmi di miglioramento genetico della patata, ritengo che si tratti di una delle colture più promettenti per lo sviluppo dell’agrivoltaico, proprio per la sua capacità di adattarsi a condizioni di luce non ottimali, purché queste siano gestite in modo appropriato.

In che modo le condizioni micro-climatiche create dai pannelli fotovoltaici a doppio asse con inseguimento solare influenzano le risposte fisiologiche delle patate? Ci sono delle fasi specifiche in cui questa influenza si fa sentire? Durante la stagione di crescita? Questo dipende anche da altri fattori, come per esempio le precipitazioni?

Questa è una questione centrale che non riguarda solo la patata, ma più in generale l’interazione tra microclima agrivoltaico e fisiologia delle colture. Nei sistemi a inseguimento solare su doppio asse, i pannelli tendono a massimizzare l’intercettazione della radiazione durante la giornata. Questo comporta, a parità di Ground Cover Ratio (GCR), una riduzione della radiazione disponibile al suolo che può risultare significativa e dinamicamente variabile nel tempo e nello spazio. Dal punto di vista fisiologico, nella patata esistono fasi di sviluppo particolarmente sensibili alla disponibilità di luce. In particolare, la fase di tuberizzazione, che inizia poco dopo l’emergenza e si estende fino alla fioritura, è cruciale perché determina il numero iniziale di tuberi. Una riduzione marcata della radiazione in questa fase può portare a una diminuzione del numero di tuberi, un effetto che non è più recuperabile nelle fasi successive. Nella fase successiva, di accrescimento dei tuberi, l’ombreggiamento incide invece principalmente sull’ingrossamento, portando a tuberi di dimensioni inferiori alla raccolta. Le condizioni microclimatiche indotte dai pannelli non si limitano alla radiazione, ma interagiscono anche con altri fattori, in particolare la disponibilità idrica. La carenza di precipitazioni, o l’assenza di irrigazione, rappresenta uno dei principali fattori di rischio sia in agrivoltaico sia in pieno campo, soprattutto durante la tuberizzazione. In questa fase, la coltura della patata mostra una limitata capacità di compensare gli stress idrici: può sopravvivere a condizioni di scarsità d’acqua, ma con effetti rilevanti sulla produzione. Per questo motivo, una corretta gestione agronomica e l’uso di strumenti di supporto alle decisioni risultano fondamentali per mitigare gli effetti combinati di ombreggiamento e stress idrico.

Si potrebbe ipotizzare di usare sistemi di tracking per limitare l’ombreggiatura in fasi specifiche della crescita della pianta?

Sì, questa è un’ipotesi molto plausibile e rappresenta uno degli aspetti più interessanti dell’agrivoltaico avanzato. Va prima di tutto precisato che nei sistemi agrivoltaici l’ombreggiamento non è uniforme. La distribuzione della radiazione al suolo è eterogenea nello spazio e nel tempo e, in molte configurazioni, alcune porzioni dell’area coltivata ricevono quantità di radiazione non molto diverse da quelle del pieno campo. Per questo motivo, il problema non può essere ridotto a una semplice opposizione tra “ombra” e “luce”. In alcune circostanze, inoltre, l’ombreggiamento può avere effetti favorevoli. Per esempio, nel caso di colture trapiantate, la presenza temporanea dell’ombra può contribuire a ridurre lo stress da trapianto. Nel caso della patata, esiste anche la possibilità teorica, che andrebbe però verificata sperimentalmente, che un certo livello di ombreggiamento aiuti a contenere temperature fogliari eccessive nei periodi più caldi della stagione, ad esempio tra giugno e luglio.

Le foglie di patata sottoposte a stress termico, generalmente a temperature superiori a 25–30 °C, possono manifestare arricciamento verso l’alto, ingiallimento, necrosi apicali e senescenza anticipata. Le alte temperature riducono l’efficienza fotosintetica, causano appassimenti temporanei e compromettono la sintesi dei carboidrati, con effetti negativi sulla resa e sulla qualità dei tuberi. In queste condizioni, è verosimile che l’effetto benefico di una moderata ombreggiatura nel limitare lo stress termico possa, almeno in parte, compensare gli effetti negativi della riduzione di radiazione. Proprio per questo, si può ipotizzare che i sistemi di tracking non debbano essere pensati solo per massimizzare la produzione elettrica, ma anche come strumenti di gestione microclimatica della coltura, modulando l’ombreggiamento nelle diverse fasi di sviluppo e nelle diverse condizioni ambientali.

Nel vostro studio, quale ruolo ha avuto la modellizzazione rispetto alle misurazioni dirette sul campo nell’interpretazione degli effetti dell’agrivoltaico sulla crescita delle colture, e in che modo ciò potrebbe influenzare il lavoro sperimentale futuro?

Nel nostro studio la modellizzazione ha avuto un ruolo complementare rispetto alle misurazioni dirette in campo, con finalità diverse ma strettamente integrate. In primo luogo, abbiamo utilizzato un modello descrittivo per l’analisi della distribuzione delle dimensioni dei tuberi, adottando la funzione di Weibull come strumento per confrontare in modo quantitativo le variazioni della Tuber Size Distribution in risposta a diversi livelli di ombreggiamento. In secondo luogo, abbiamo impiegato una piattaforma di simulazione sviluppata presso l’Università Cattolica del Sacro Cuore (la cui prima versione risale al 2018, Amaducci et al.) per stimare l’ombreggiamento e la sua distribuzione spaziale e temporale all’interno dell’impianto agrivoltaico. Questo passaggio è stato fondamentale per caratterizzare in modo realistico l’ambiente radiativo a cui le piante sono esposte. Infine, i dati di radiazione, insieme ad altre variabili ambientali, sono stati utilizzati come input per un modello colturale, i cui risultati sono stati confrontati con i dati osservati in campo. Da questa analisi è emerso un risultato particolarmente rilevante: in assenza di una differenziazione dei parametri del modello in funzione dei livelli di ombreggiamento, l’aderenza tra dati simulati e osservati è risultata limitata. Al contrario, introducendo una semplice stratificazione delle piante in tre livelli di ombreggiamento e adattando i parametri fotosintetici a queste condizioni, la capacità predittiva del modello è migliorata in modo significativo. L’interpretazione di questo risultato è legata alla natura estremamente variabile dell’ambiente agrivoltaico. Le piante sono esposte a fluttuazioni della radiazione su scale temporali che vanno da pochi secondi a diversi mesi. In questo contesto, le foglie sviluppano caratteristiche funzionali coerenti con le condizioni di luce in cui si formano (acclimatazione dello sviluppo), ma sono anche in grado di adattarsi dinamicamente a cambiamenti prolungati dell’ambiente (acclimatazione fisiologica), in processi che richiedono generalmente diversi giorni. Il nostro lavoro evidenzia quindi che, in ambiente agrivoltaico, l’inclusione esplicita dei processi di acclimatazione nei modelli colturali non è un aspetto secondario, ma una condizione necessaria per migliorare la qualità delle simulazioni. Questo ha implicazioni dirette per il lavoro futuro: sarà necessario sviluppare modelli in grado di rappresentare in modo più realistico queste dinamiche e, parallelamente, progettare esperimenti mirati a quantificare i processi di acclimatazione in condizioni agrivoltaiche.

In che modo il rapporto di equivalenza del terreno (LER) ottenuto nel vostro caso di studio riflette il potenziale più ampio dei sistemi agrivoltaici di contribuire all’uso sostenibile del suolo, e quali raccomandazioni politiche o pratiche ne derivano?

Nel nostro studio non abbiamo effettuato un calcolo esplicito del Land Equivalent Ratio (LER), poiché l’obiettivo principale era analizzare la risposta fisiologica e produttiva della coltura in condizioni di ombreggiamento agrivoltaico. Tuttavia, il concetto di LER rimane molto rilevante nel contesto dell’agrivoltaico, in quanto consente di valutare l’efficienza complessiva dell’uso del suolo considerando simultaneamente produzione agricola ed energetica. I nostri risultati suggeriscono che questa valutazione non dovrebbe essere basata esclusivamente su indicatori medi stagionali, ma dovrebbe tenere conto della variabilità temporale e delle fasi critiche della coltura. In particolare, la possibilità di gestire l’ombreggiamento nel tempo, ad esempio attraverso sistemi di tracking, può contribuire a migliorare l’equilibrio tra le due componenti e quindi il valore complessivo del sistema. Da questo punto di vista, riteniamo che il LER potrebbe essere ulteriormente raffinato integrando informazioni di natura fisiologica e dinamica, in modo da rappresentare meglio il funzionamento reale dei sistemi agrivoltaici. In termini pratici e politici, questo implica che la valutazione della sostenibilità degli impianti agrivoltaici dovrebbe basarsi su approcci integrati, capaci di considerare sia la produzione energetica sia le prestazioni agronomiche nel loro sviluppo nel tempo, piuttosto che su indicatori statici.

Quali di queste riflessioni valgono anche per sistemi agrivoltaici diversi da quelli usati in questo studio (REM Tec)?

I due scenari analizzati nel nostro studio (ST1 e ST2) rappresentano condizioni di ombreggiamento piuttosto diverse tra loro e, in un certo senso, anche estreme. Nel caso di ST1, la riduzione della radiazione è relativamente contenuta, mentre in ST2 (con GCR superiore a 0.35) l’ombreggiamento è elevato e probabilmente superiore a quello tipico di molti impianti agrivoltaici monoassiali attualmente diffusi in Italia. Per questo motivo, le relazioni quantitative tra riduzione della radiazione e risposta produttiva osservate nel nostro studio devono essere utilizzate con cautela al di fuori dello specifico contesto sperimentale, poiché possono essere influenzate da numerosi fattori, tra cui la cultivar, la gestione agronomica e le condizioni meteorologiche. Tuttavia, alcuni elementi interpretativi hanno una validità più generale. In particolare, è verosimile che, in assenza di stress idrici e nutrizionali, esista una certa capacità della coltura di tollerare livelli moderati di ombreggiamento, come già evidenziato anche in altri studi. Inoltre, i nostri risultati suggeriscono che, tra le diverse componenti della resa, il numero finale di tuberi commerciabili rappresenta la variabile più sensibile nelle fasi iniziali di sviluppo e quindi quella da considerare con maggiore attenzione nella valutazione degli effetti dell’agrivoltaico. In questo senso, più che i valori assoluti, riteniamo che siano trasferibili ad altri sistemi agrivoltaici soprattutto i meccanismi fisiologici osservati e l’importanza delle fasi critiche di sviluppo nella determinazione della resa. In questo contesto, strategie di gestione dinamica dell’ombreggiamento, come l’anti-tracking nelle fasi di tuberizzazione, rappresentano una possibile leva per limitare gli effetti negativi sulla determinazione del numero di tuberi. Tuttavia, questa ipotesi necessita di ulteriori validazioni sperimentali.

In generale, quali sono le principali riflessioni economiche emerse dalla vostra analisi tecnico-economica che gli stakeholder dovrebbero prendere in considerazione quando adottano tecnologie agrivoltaiche?

Nel nostro studio non abbiamo sviluppato una vera e propria analisi economica, ma alcuni risultati suggeriscono possibili implicazioni interessanti anche sotto questo profilo. In particolare, la risposta della patata all’ombreggiamento dipende dalle diverse componenti della resa, che possono avere un valore economico differente a seconda dell’obiettivo produttivo. Ad esempio, nel caso della produzione di tuberi-seme, l’obiettivo principale non è la massimizzazione della biomassa totale, ma il numero di tuberi commerciabili che superano una soglia dimensionale minima (tipicamente intorno a 25 mm). In questo contesto, un eccessivo ingrossamento dei tuberi non rappresenta necessariamente un vantaggio. I nostri risultati suggeriscono che, attraverso una gestione mirata dell’ombreggiamento, potrebbe essere possibile favorire la tuberizzazione (aumentando il numero di tuberi) e, successivamente, contenere l’eccessiva competizione durante la fase di accrescimento, ottenendo una distribuzione più equilibrata delle dimensioni. In questa prospettiva, i sistemi agrivoltaici, opportunamente gestiti (ad esempio mediante strategie di anti-tracking nelle fasi più sensibili), potrebbero rappresentare un’interessante opportunità per la produzione di tuberi-seme. Tuttavia, si tratta di un’ipotesi che richiede ulteriori verifiche sperimentali.

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