Come le variazioni del flusso d’aria negli impianti agrivoltaici influenzano resa agricola e produzione energetica

Un gruppo di ricercatori del Cerea, laboratorio congiunto tra il colosso energetico francese EDF e l’École nationale des ponts et chaussées (ENPC), hanno studiato l’influenza dei pannelli fotovoltaici sul flusso d’aria negli impianti agrovoltaici, evidenziando come l’altezza dei pannelli sia un fattore determinante per la resa agricola e la produzione di energia.

“Abbiamo dimostrato che la modifica del flusso d’aria può influenzare le colture se i pannelli sono bassi, soprattutto quando l’altezza dell’asse di inseguimento è inferiore a 3 metri”, ha dichiarato a pv magazine Joseph Vernier, autore principale della ricerca. “Tutti i pannelli alterano il flusso d’aria, ma solo quelli più bassi incidono sulle colture sottostanti. Inoltre, se i sensori non sono posizionati in punti rappresentativi della centrale, l’uso di formule tratte dalla letteratura scientifica, sviluppate per condizioni di campo aperto, può portare a risultati imprecisi”.

Secondo Vernier, quando l’altezza dell’asse di inseguimento supera i tre metri, l’impatto sul microclima delle colture sottostanti è minimo. Al di sotto di questa soglia, invece, le variazioni del flusso d’aria possono essere altrettanto determinanti quanto la riduzione della radiazione solare, influenzando gli scambi di energia, acqua e gas e, di conseguenza, la fotosintesi.

“Gli sviluppatori dovrebbero considerare l’effetto del flusso d’aria nei pannelli a bassa altezza”, ha aggiunto Vernier. “Queste modifiche incidono sulla resa agricola perché influenzano l’evapotraspirazione, un elemento chiave per valutare se i sistemi agrovoltaici possono realmente migliorare la produttività delle colture”.

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Inoltre, Vernier ha sottolineato che le modifiche del flusso d’aria possono influire anche sulla produzione di energia. “A seconda della geometria del sistema agrivoltaico, la convezione attorno ai pannelli varia e può determinare differenze nella temperatura dei moduli”, ha spiegato. “Pannelli alti, con una spaziatura di circa 10 metri tra file consecutive, possono ridurre la temperatura dei moduli di 3-5 °C rispetto a un impianto tradizionale a terra, aumentando la produzione energetica dell’1-2%”.

Lo studio, presentato nell’articolo “Consequences on energy and water exchanges of airflow modifications in agrivoltaic systems”, pubblicato su Energy Nexus, si è basato su dati raccolti tramite tre anemometri sonici installati su una centrale agrivoltaica di 450 m² e su un’area di controllo di 250 m² coltivata senza pannelli fotovoltaici.

L’impianto è composto da quattro file parallele di 18 moduli fotovoltaici bifacciali JinkoSolar 560 TOPCon, montati su inseguitori con angoli di inclinazione variabili da -60° a 60°. L’asse di rotazione dei sistemi di inseguimento è impostato a 2,5 metri, con una distanza di circa 5,5 metri tra assi consecutivi.

I sensori installati nell’impianto agrivoltaico
*Cerea, Energy Nexus, CC BY 4.0*

Le misurazioni del flusso d’aria, calcolate mediamente a intervalli di 10 minuti, sono state condotte tra novembre 2024 e marzo 2025, per garantire un campionamento in condizioni di rugosità superficiale relativamente stabili.

L’analisi ha mostrato che l’umidità del suolo nell’impianto agrivoltaico è rimasta al di sopra della capacità di campo fino alla primavera. Nella zona di controllo, invece, l’umidità è diminuita rapidamente durante la stagione, senza limitare inizialmente l’evapotraspirazione, ma a maggio il calo ha rallentato nonostante l’aumento dell’irradiazione, indicando uno stress idrico. Nell’area agrivoltaica, l’umidità interfilare seguiva un andamento simile, ma leggermente più elevata, mentre sotto i pannelli le variazioni erano minori grazie all’ombreggiamento.

Le piogge hanno generato un aumento significativo dell’umidità interfilare, creando una doppia eterogeneità tra aree esposte e zone sotto i pannelli. I moduli fotovoltaici hanno inoltre modificato il flusso d’aria, riducendo generalmente la velocità del vento, la velocità di attrito e la turbolenza, sebbene gli effetti variassero in base alla direzione del vento e all’inclinazione dei pannelli. Nel complesso, gli impatti sul suolo e sul flusso d’aria risultano altamente localizzati all’interno del sistema agrivoltaico.

Le simulazioni CFD (computational fluid dynamics) della velocità del vento e della velocità di attrito per diversi angoli di inclinazione dei pannelli hanno confermato fedelmente le misurazioni sul campo. I profili verticali hanno mostrato un picco della velocità del vento sopra i pannelli e una diminuzione all’interno della scia turbolenta, mentre la velocità di attrito ha evidenziato due massimi, rivelando modelli complessi di flusso. I profili orizzontali hanno messo in luce una forte eterogeneità spaziale, con il flusso d’aria interfilare fino al doppio dei valori sotto i pannelli, influenzato dall’inclinazione e dalla posizione dei sensori.

“L’evapotraspirazione non è influenzata solo dalla riduzione della radiazione solare, ma anche dalle modifiche del flusso d’aria indotte dai pannelli, che possono comportare variazioni fino al 30%”, hanno spiegato i ricercatori. “Questo studio mette in guardia contro l’uso acritico dei metodi standard di stima dell’evapotraspirazione”.

Per convalidare i risultati, il team ha eseguito simulazioni CFD tenendo in coto condizioni meteorologiche, disposizione degli impianti, stagionalità e variabilità spaziale. I modelli hanno confermato le tendenze qualitative legate all’altezza dei pannelli, all’angolo di inclinazione e alla rugosità superficiale, anche se i valori quantitativi possono variare.

I ricercatori sottolineano che l’evapotraspirazione dovrebbe essere stimata combinando misurazioni dirette e simulazioni CFD, e che è necessaria una formulazione specifica per i sistemi agrivoltaici, che tenga conto della geometria dei pannelli, del flusso d’aria, della radiazione e dell’altezza delle colture. “La sfida principale nello sviluppo di questa formula risiede nella dipendenza delle variabili climatiche dalla geometria dell’impianto, dalla disposizione spaziale e dall’altezza delle piante”, hanno concluso.

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