Sintesi dei principali sistemi di coltivazione agrivoltaica

Un team di ricerca internazionale ha condotto un’analisi approfondita dello stato attuale dei sistemi di coltivazione agrivoltaici.

“Il nostro lavoro evidenzia le sfide e gli ostacoli da quattro prospettive critiche, fondamentali per il progresso del settore: progettazione del sistema, prestazioni, implementazione e ricerca”, ha dichiarato una degli autori, Silvia Ma Lu, a pv magazine. «Oltre a delineare queste sfide, suggeriamo indicazioni concrete per la ricerca, utili ad affrontare i limiti attuali dei sistemi agrivoltaici».

Il coautore Sebastian Zainali ha aggiunto: “Abbiamo mappato e classificato il potenziale dei sistemi agrivoltaici sui terreni agricoli a livello globale, stimando una produzione annua compresa tra circa 66 e 385 PWh se implementati nelle aree più idonee». Ha precisato che questo potenziale varia in base al tipo di tecnologia fotovoltaica e alla densità di installazione, e non considera la disponibilità della rete elettrica.

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Nello studio “Scientific frontiers of agrivoltaic cropping systems“, pubblicato su nature reviews clean technology, i ricercatori hanno analizzato le sfide e le opportunità dei sistemi agrivoltaici sotto diversi aspetti.

Dal punto di vista della progettazione dei sistemi, integrare strutture di supporto e moduli fotovoltaici nelle pratiche agricole tradizionali presenta numerose difficoltà: potenziali perdite di resa delle colture, complicazioni operative, rischi di danni ai moduli e ai macchinari agricoli, e la perdita inevitabile di terreno dovuta alle strutture di supporto. Affrontare questi problemi richiede layout innovativi, componenti fotovoltaici progettati su misura e l’identificazione di specie e varietà di colture capaci di prosperare in condizioni di ombreggiamento e climi diversi.

“Tali sforzi mirano ad aumentare la potenza di picco installata per ettaro, colmando il divario tra sistemi agrivoltaici e impianti fotovoltaici convenzionali a terra”, ha spiegato Silvia Ma Lu. “L’obiettivo è ridurre al minimo gli effetti negativi dell’ombreggiamento sulle colture, massimizzando l’efficienza nell’uso del suolo”.

Per quanto riguarda le prestazioni delle colture, i moduli fotovoltaici influenzano la luce, il microclima e le condizioni del suolo, modificando le risposte fisiologiche delle piante e la resa. L’impatto può essere positivo o negativo a seconda dei livelli di ombreggiamento, delle varietà coltivate e del clima locale.

“Alcune meta-analisi hanno tentato di stabilire relazioni semplici tra tassi di ombreggiamento e resa delle colture, ma presentano limitazioni significative”, ha osservato Sebastian Zainali. “Spesso trascurano fattori chiave come la disponibilità idrica e si basano su dati limitati. La maggior parte degli studi è stata condotta in regioni senza stress idrico rilevante; invece, nelle aree semi-aride o soggette a siccità i sistemi agrivoltaici possono avere prestazioni superiori rispetto alle coltivazioni in pieno campo”.

Dal punto di vista delle prestazioni fotovoltaiche, i sistemi agrivoltaici comportano costi di investimento più elevati (20–90% in più) rispetto ai sistemi convenzionali, principalmente a causa delle strutture di montaggio più complesse e robuste necessarie per ospitare le attività agricole.

“La complessità delle strutture aumenta anche l’impatto ambientale di circa il 20% rispetto ai sistemi fotovoltaici tradizionali”, ha spiegato Zainali. “In alcune condizioni, i sistemi agrivoltaici possono produrre meno energia specifica a causa di maggiori tassi di contaminazione legati alle attività agricole”.

Il team ha sottolineato anche i benefici della co-localizzazione tra fotovoltaico e colture. La scelta delle colture basata sull’albedo può influenzare la riflessione dell’irradiazione e le prestazioni energetiche dei moduli. “Il microclima creato dai moduli e dalle colture può ridurre la temperatura dei pannelli tramite traspirazione, aumentando l’efficienza”, ha spiegato Ma Lu. “Configurazioni specifiche, come installazioni verticali o densità di moduli inferiori, possono abbassare la temperatura delle celle fino a 10 °C, migliorando ulteriormente le prestazioni”.

Mappando il potenziale globale, i ricercatori hanno identificato l’Africa, la regione Asia-Pacifico e l’America Centrale e Meridionale come le aree con maggiore capacità di implementazione dei sistemi agrivoltaici.

“Abbiamo esaminato linee guida, standard, normative e politiche agrivoltaiche a livello mondiale”, ha affermato Ma Lu. “Prevedere accuratamente le prestazioni dei sistemi prima dell’installazione è cruciale, soprattutto in paesi con elevati obiettivi agricoli come Italia, Francia, Germania e Giappone. Questo aumenta la necessità di strumenti di modellazione e simulazione in grado di collegare progettazione, componenti, ombreggiamento, irradiazione del suolo, microclima, resa e produzione energetica”.

Zainali ha aggiunto: “I progressi nella modellazione devono essere supportati da esperimenti sul campo. Nel nostro studio, abbiamo identificato almeno cinque limiti degli studi attuali, tra cui dimensioni ridotte degli impianti, progetti fotovoltaici non standard, mancanza di database completi, protocolli e indicatori non uniformi, e brevi periodi sperimentali”.

Infine, i ricercatori hanno sottolineato l’importanza di analizzare aspetti tecnico-economici, ambientali e sociali, inclusi impatti paesaggistici e aree idonee, per guidare lo sviluppo delle politiche agrivoltaiche.

Il team comprendeva accademici dell’Università Mälardalen (Svezia), del National Renewable Energy Laboratory (NREL, USA), dell’Università Cattolica del Sacro Cuore (Italia), della King Fahd University of Petroleum and Minerals (Arabia Saudita), del Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE (Germania), dell’Università di Scienza e Tecnologia della Cina, del Centro Comune di Ricerca dell’UE e dell’Agenzia nazionale per le nuove tecnologie (ENEA, Italia).

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