Agrivoltaico per le rape

I ricercatori della Western University, in Canada, hanno analizzato gli effetti dei pannelli solari a film sottile in tellururo di cadmio (CdTe) e dei moduli in silicio cristallino (c-Si) sulla resa agricola in contesti agrivoltaici, scoprendo che la trasparenza e la trasmissione spettrale dei pannelli fotovoltaici svolgono un ruolo determinante nel definire interazioni ottimali tra colture e microclima.

“Abbiamo studiato attentamente le rape coltivate in un sistema agrivoltaico e individuato diversi trattamenti semitrasparenti in grado di produrre una quantità significativamente maggiore di cibo, generando al contempo elettricità solare”, ha dichiarato a pv magazine Joshua M. Pearce, autore principale della ricerca.

Il team ha esaminato in particolare la crescita delle rape sotto tredici tipologie di moduli fotovoltaici, caratterizzate da differenti livelli di trasparenza e diverse proprietà spettrali. Gli esperimenti sono stati condotti all’aperto presso la struttura Wired della Western University Field Station di Ilderton, in Ontario, utilizzando impianti fotovoltaici sopraelevati per prove agrivoltaiche su scala reale.

I semi di rapa McKenzie sono stati seminati il 21 maggio 2025, inizialmente con due piante per vaso, successivamente diradate a una sola dopo la germinazione. I moduli fotovoltaici comprendevano tre tipologie di c-Si semitrasparenti, con trasparenze dell’8%, 44% e 69%, e dieci moduli a film sottile in CdTe con filtri spettrali blu, verdi e rossi, con trasparenze variabili dal 40% all’80%. Mentre i moduli in CdTe garantivano una distribuzione della luce relativamente uniforme, i moduli in c-Si producevano pattern di ombreggiamento non uniformi a causa della disposizione intermittente delle celle.

Durante l’intero ciclo di crescita, sono state misurate variabili chiave come la radiazione fotosinteticamente attiva (PAR), l’irradianza spettrale, l’altezza delle piante, il numero di foglie e la biomassa fresca. I dati sono stati poi analizzati per confrontare la crescita delle rape nei diversi trattamenti fotovoltaici e per valutare il potenziale impatto economico dell’adozione dell’agrivoltaico in Canada.

L’analisi ha mostrato che il peso fresco delle rape variava in modo significativo tra i tredici trattamenti fotovoltaici, con la resa più elevata registrata nel caso del modulo CdTe al 60%, pari a 176,5 g, seguito dal pannello CdTe all’80% con 130,6 g e dal modulo c-Si all’8% con 118,9 g. Rese intermedie sono state osservate con i moduli CdTe con trasparenza del 50%, 40% e 70%, così come con il modulo c-Si al 44%.

La biomassa fogliare ha seguito un andamento analogo a quello delle radici: il modulo CdTe al 60% ha raggiunto 367 g, mentre valori intermedi sono stati osservati con l’8% di c-Si, il 40% di CdTe e l’80% di CdTe. Le misurazioni settimanali dell’altezza delle piante e del numero di foglie hanno confermato questi risultati. Le misure PAR hanno inoltre indicato che la sola quantità di luce non era sufficiente a spiegare le differenze di crescita: il trattamento CdTe al 60% ha infatti raggiunto la resa più elevata con un PAR moderato, mentre altri moduli CdTe con livelli di PAR simili hanno prodotto biomassa trascurabile. Nel complesso, i moduli CdTe a trasparenza moderata, insieme ai moduli c-Si a bassa trasparenza, hanno offerto le condizioni migliori per lo sviluppo di radici e foglie della rapa.

Secondo gli scienziati, sia i moduli in c-Si a bassa trasparenza sia quelli in CdTe a trasparenza moderata hanno favorito la crescita delle colture riducendo lo stress termico e garantendo una distribuzione ottimale della luce. L’ombreggiamento non uniforme dei moduli in c-Si ha dato risultati migliori ai livelli più bassi di trasparenza, mentre i moduli uniformi in CdTe a film sottile si sono dimostrati più efficaci con una trasparenza compresa tra il 50% e il 60%.

“Questi risultati sottolineano l’importanza di integrare la tipologia di modulo fotovoltaico con la fisiologia della pianta nella progettazione dei sistemi agrivoltaici”, hanno evidenziato i ricercatori. “Invece di selezionare i moduli fotovoltaici esclusivamente in base alla potenza in uscita o alla percentuale di trasparenza, i progettisti dovrebbero considerare anche il modo in cui la luce viene distribuita sulla chioma delle piante — in modo uniforme o non uniforme — e come questo interagisce con la morfologia vegetale e la tolleranza allo stress. Inoltre, emerge un ampio potenziale di sviluppo futuro per ottimizzare la trasmissione spettrale dei moduli fotovoltaici specificamente per applicazioni agrivoltaiche”.

“L’agrivoltaico ha perfettamente senso, sia dal punto di vista tecnico sia da quello economico”, ha concluso Pearce. “Con il riscaldamento climatico che mette sotto pressione anche colture relativamente robuste come le rape, l’agrivoltaico offre una via concreta verso un sistema alimentare sostenibile. Serve ulteriore lavoro per garantire che il modulo agrivoltaico ottimale, il colore e il sistema di montaggio rispondano alle esigenze degli agricoltori, delle colture e della società nel suo complesso, contribuendo alla decarbonizzazione”.

I risultati della ricerca sono riportati nell’articolo “Effects of thin-film and wafer-based photovoltaic module transparency and spectral properties on microclimate and turnip yield in agrivoltaic systems”, pubblicato sul Journal of Cleaner Production.

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