Agri-Fotovoltaico (Agrivoltaico): I Pannelli Solari Aumentano la Resa delle Colture del 60%

Nutrire un Mondo in Crescita, Alimentare il Nostro Futuro con Sistemi Agri-Fotovoltaici

La popolazione mondiale è prevista in aumento di 1,2 miliardi di persone in 15 anni, congiuntamente a una crescente domanda di carne, uova e latticini, che utilizza oltre il 70% dell'acqua dolce per le colture, e a una domanda di elettricità in aumento. Non è più un segreto che dobbiamo apportare un cambiamento drastico nella produzione energetica per diventare climaticamente neutrali e ridurre le emissioni dell'umanità. Molti studi hanno dimostrato che, per raggiungere questo obiettivo, dobbiamo investire massicciamente in fonti di energia rinnovabile come l'eolico e il solare. Gli esperti prevedono che in futuro, la produzione fotovoltaica aumenterà in modo stimato da sei a otto volte rispetto a quella attuale. L'agricoltura è stata una parte importante della vita umana per secoli, e come tale, è essenziale che troviamo un modo per mantenerla, producendo al contempo energia rinnovabile.

Tuttavia, il principale problema dei parchi solari tradizionali è che il terreno sotto i pannelli non può essere utilizzato. L'agrivoltaico, che combina l'agricoltura con la generazione di elettricità coltivando sotto una copertura di pannelli solari, potrebbe essere la soluzione a questi problemi.

Entrano in gioco i sistemi agri-fotovoltaici (o sistemi Agri-PV). Questa tecnologia ci permette di installare celle solari su un campo agricolo e produrre elettricità permettendo al contempo alle colture di crescere al di sotto.

AgroSolar: Coltivare e produrre elettricità

L'agrivoltaico ha anche dimostrato che è possibile coltivare quasi tutte le colture sotto i pannelli solari, ma potrebbero esserci alcune perdite di resa durante le stagioni meno soleggiate per le piante che richiedono molta luce solare. Ciononostante, le rese delle colture APV hanno superato quelle del campo di riferimento durante gli anni "asciutti e caldi", dimostrando che l'agrivoltaico potrebbe essere un punto di svolta nelle regioni calde e aride.

La quantità di esperienza con l'agrivoltaico è ancora piuttosto limitata, ma ci sono molte varianti di agrivoltaico attualmente oggetto di ricerca attiva. I grandi successi sono stati principalmente con colture tolleranti all'ombra come lattuga, spinaci, patate e pomodori. Alcuni esempi estremamente promettenti presentano un caso convincente per l'agrivoltaico.

Il terreno viene utilizzato due volte e possiamo massimizzare la produzione di energia. I sistemi Agri-PV sono stati sviluppati presso il Fraunhofer Institute, e i ricercatori ritengono che questa tecnologia abbia il potenziale per coprire l'intero fabbisogno energetico della Germania con solo il quattro percento dell'area agricola. Questo tipo di generazione di energia rinnovabile è già stato testato nell'azienda Steinicke situata a Lüchow, Bassa Sassonia. I moduli solari sono stati installati ad un'altezza di sei metri e erbe aromatiche sono state coltivate al di sotto, all'ombra. Questo è vantaggioso per le piante in quanto fornisce un microclima e riduce i danni da scottatura solare. Il Fraunhofer Institute ha anche costruito un campo di prova con meli per misurare gli effetti dell'ombreggiamento e l'impatto sul raccolto. I risultati iniziali mostrano che il tetto fotovoltaico è addirittura benefico per alcune varietà e le protegge dai parassiti. Si stima che questa tecnologia possa generare circa 700.000 kilowattora di elettricità all'anno. AgroSolar è un pioniere di questa tecnologia e sta attualmente lavorando su altri progetti.

Procedure lunghe e installazione costosa

Tuttavia, stanno affrontando un problema comune: procedure lunghe. Spesso sono necessari due anni e mezzo per completare la procedura di piano di sviluppo con una modifica del piano di utilizzo del suolo, che può costare tra i 20.000 e gli 80.000 euro. Ciò rende difficile per i piccoli sistemi permettersi il processo. Sono necessari maggiori incentivi affinché agricoltori e imprenditori investano in sistemi Agri-PV, quindi potrebbe esserci una potenziale sovvenzione da parte dell'Unione Europea (la solita fonte di sussidi agricoli a livello UE). L'approvazione deve essere più rapida e semplice, e la digitalizzazione potrebbe essere uno strumento utile.

Le condizioni economiche devono essere favorevoli affinché le persone effettuino il passaggio; il fotovoltaico può essere un elemento utile nella lotta contro il cambiamento climatico. Con i sistemi Agri-PV, abbiamo l'opportunità di generare energia rinnovabile mantenendo al contempo l'agricoltura, in modo da poter continuare a produrre cibo e nutrire l'umanità. Questa tecnologia ha il potenziale per produrre tanta elettricità quante ne producono 170 centrali nucleari (teoricamente), se la tecnologia venisse implementata su larga scala.

Pannelli solari bifacciali montati verticalmente, che possono raccogliere energia solare da entrambi i lati del pannello, vengono utilizzati per consentire una maggiore superficie coltivabile. Questo tipo di installazione funzionerebbe particolarmente bene nelle aree che soffrono di erosione eolica, poiché le strutture riducono la velocità del vento, il che può aiutare a proteggere il terreno e le colture coltivate lì. I pannelli bifacciali possono generare più energia per metro quadrato rispetto ai pannelli tradizionali a faccia singola e non richiedono parti in movimento.

Doppio uso del suolo: Bilanciare rischi e opportunità

L'agro-fotovoltaico è una tecnologia relativamente nuova che potrebbe essere un fattore importante nella transizione energetica. Il potenziale di questa tecnologia è grande, ma lo sono anche gli ostacoli che devono essere superati affinché possa ottenere un'accettazione diffusa. Per installare 215 gigawatt di fotovoltaico entro il 2030, l'emendamento EEG ha messo in moto alcune iniziative. Queste includono un premio tecnologico di 1,2 centesimi per kilowattora, ma gli esperti affermano che questo potrebbe non essere sufficiente.

I Paesi Bassi sono il secondo maggiore esportatore di cibo a livello globale e un'azienda chiamata "GroenLeven", una filiale del gruppo BayWa con sede a Monaco, Germania, ha avviato diversi progetti pilota con agricoltori locali di frutta. Hanno convertito tre ettari di una fattoria di lamponi di quattro ettari a Babberich, nei Paesi Bassi, in un impianto agrovoltaico da 2 MW.

Le piante di lampone sono state coltivate direttamente sotto i pannelli solari, che sono stati posizionati in file alternate rivolte a est e ovest, massimizzando la resa solare e proteggendo al contempo le piante dai venti. La quantità e la qualità del frutto prodotto sotto i pannelli sono risultate uguali o migliori rispetto ai frutti prodotti sotto i tradizionali tunnel di plastica, e l'agricoltore ha risparmiato molto lavoro nella gestione dei tunnel di plastica. Un altro beneficio significativo è stato che la temperatura era di diversi gradi più bassa sotto i pannelli solari, rendendola più piacevole per gli operai agricoli e riducendo la quantità di acqua di irrigazione del 50% rispetto al campo di riferimento.

Vantaggi dell'AgroSolar

Eliminando la competizione per il suolo tra colture alimentari ed energetiche, la nuova tecnologia consente un significativo aumento dell'efficienza nell'uso del suolo – attualmente fino al 186% (come dichiarato da AgroSolar).

Una macchina agricola specializzata coltiva il terreno sotto pannelli solari elevati in un allestimento agrovoltaico, illustrando come questa tecnologia a duplice uso aumenti l'efficienza del suolo fino al 186% combinando la generazione di energia pulita con la crescita ottimizzata delle colture.

Questo ampio impianto agrovoltaico dimostra l'innovativo sistema duale che unisce energia pulita e agricoltura, offrendo vantaggi significativi.

Questo impianto agrovoltaico esemplifica il design personalizzabile dei sistemi duali, adattandosi ai terreni agricoli e alle colture.

Vantaggi del sistema duale secondo AgroSolar:

• Ogni sistema Agro-Fotovoltaico è personalizzabile e flessibile, adattato alla dimensione dell'area, al tipo di colture coltivate e alle condizioni geologiche.

• L'Agro-PV protegge le colture e i raccolti da eventi meteorologici estremi come caldo, siccità, piogge intense, grandine e vento.

• Le macchine agricole di diverse dimensioni possono ancora essere utilizzate come di consueto sotto i sistemi Agri-Fotovoltaici.

• Il fabbisogno idrico delle aree agricole può essere ridotto fino al 20%, e la capacità di ritenzione idrica del suolo viene aumentata.

• Carbon – Farming: Con l'Agri-PV, si può costruire humus controllato, riducendo la necessità di fertilizzanti e permettendo una maggiore immagazzinamento di CO2 nel suolo.

• L'uso dell'Agri-PV aumenta le rese colturali, consentendo maggiori entrate per l'azienda agricola.

• Flessibile e redditizio: Oltre all'investimento nel proprio impianto, AgroSolar Europe offre anche un modello di leasing, in modo che l'azienda agricola non abbia alcun onere per l'installazione e la vendita di elettricità.

L'Agrivoltaico ha il potenziale per essere una strategia vincente per soddisfare il nostro fabbisogno energetico e ridurre il consumo di acqua nelle regioni calde e aride del mondo.

Mentre l'Agri-PV presenta molti vantaggi, come la fornitura di una copertura per un'area e il doppio uso del suolo, ci sono svantaggi che devono essere presi in considerazione. Questi includono:

• Costi più elevati
• La necessità di bilanciare la produzione agricola con la produzione di elettricità
• Preoccupazioni per la protezione del suolo

Tuttavia, la resistenza della comunità contro l'agrivoltaico è importante da controllare, soprattutto la pseudo-agrivoltaica, che è una pratica di costruzione di grandi parchi solari sotto la veste dell'agricoltura. Regole, normative e burocrazia possono anche ostacolare l'agrivoltaico, ed è essenziale mantenere un adeguato supporto locale. L'UE considera i sistemi agrivoltaici come strutture fisiche e richiede un permesso di costruire. Il costo per kWh per l'agrivoltaico può essere superiore del 10-20% rispetto ai parchi solari tradizionali, il che solleva la questione di chi possiede i pannelli solari. Senza l'intervento governativo attraverso sussidi o garanzie di prezzo, l'agrivoltaico potrebbe non avere alcuna possibilità contro altre iniziative solari. L'agrivoltaico ha il potenziale per aiutare la nostra produzione alimentare e la transizione verso fonti di energia più pulite senza sacrificare terreni coltivabili, soprattutto se riusciamo a convertire terreni attualmente utilizzati per la coltivazione di colture energetiche in terreni per la produzione di cibo umano effettivo o per la riforestazione.

Ho anche chiesto al collega appassionato di AgroSolar Lukas su Twitter di condividere alcuni pensieri sui vincoli, ed eccoci qui:

• Buona gestione del deflusso delle acque. Ad esempio, grondaie automatiche pulibili per forti piogge con capacità sufficiente alle sporgenze che conducono a serbatoi di stoccaggio per l'irrigazione.

• Database su cosa cresce bene e come con l'agrosolare: Il database non riguarda tanto la fisica, ma è importante poiché non tutte le colture crescono meglio con un sole meno intenso. Molto meno spaventoso per gli agricoltori.

Collaborazioni con soluzioni di buffer di accumulo semi-locale power to gas: le tecnologie complementari di power-to-gas containerizzato senza sigillatura superficiale potrebbero rappresentare una valida opzione modulare e scalabile. Per spingere l'agrosolare oltre quella che definirei la "barriera del picco di prezzo dell'elettricità negativa solare". Tale barriera è già presente in parte e potrebbe peggiorare gravemente a breve.

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• Fraunhofer Institute (2023) - Ricerca che mostra come il 4% dei terreni agricoli possa coprire il fabbisogno energetico della Germania.
• AgroSolar Europe - Land Use Efficiency up to 186% (2023) - Dati aziendali su sistemi di produzione duale che raggiungono un'efficienza d'uso del suolo del 186%.
• Expert Insights on Agrivoltaic Constraints (2023) - Commenti di esperti sulle sfide tecniche e pratiche dell'agrivoltaico.
• BayWa AG (2023) - Studio di caso di una fattoria di lamponi da 2 MW con il 50% in meno di irrigazione.