Introduzione
Come tecnologia innovativa, l'agrivoltaico consente l'uso doppio del terreno installando pannelli solari su terreni agricoli, pascoli o serre. Questo approccio migliora significativamente l'efficienza del suolo, generando sia energia che produzione agricola. Ma rimane una domanda comune: i pannelli solari bloccano la luce solare e influenzano negativamente la crescita delle colture?
Impatto Potenziale dell'Agrivoltaico sulla Crescita delle Colture
L'installazione di pannelli solari su terreni agricoli, pascoli o serre non solo fornisce una fonte di elettricità per le aziende agricole, ma migliora anche l'efficienza complessiva dell'uso del suolo. Tuttavia, pur aumentando l'utilizzo dell'energia, la presenza dei pannelli solari introduce anche effetti complessi e sfaccettati sull'ambiente di crescita delle colture. Questi impatti possono offrire benefici significativi per la crescita delle piante, ma in determinate condizioni possono anche presentare sfide specifiche.
1. Impatti Positivi
L’Ombra Riduce lo Stress Termico
I sistemi agrivoltaici aiutano a mitigare lo stress da calore delle colture durante le giornate calde fornendo ombra attraverso i pannelli solari. Secondo uno studio dell'Istituto Fraunhofer per i Sistemi di Energia Solare (Fraunhofer ISE) in Germania, le alte temperature possono ridurre l'efficienza fotosintetica del 15%–30%, causando potenzialmente bruciature delle foglie e crescita stentata. L'ombra dei pannelli può abbassare la temperatura della superficie del suolo in media di 3°C–5°C, con effetti di raffreddamento ancora maggiori osservati a mezzogiorno in estate. In una prova sui pomodori, l'area sotto i pannelli ha mostrato una riduzione del 20% dei danni fogliari e un aumento del tasso di crescita del 10%–15%. Inoltre, la luce solare moderata ha prolungato il periodo ottimale per la fotosintesi in alcune colture, offrendo condizioni di crescita più stabili.
Miglior Umidità del Suolo
L’effetto ombreggiante dei pannelli solari non solo riduce la luce solare diretta, ma diminuisce anche il tasso di evaporazione superficiale, aumentando significativamente l’umidità del suolo. In uno studio condotto in regioni aride, i ricercatori hanno rilevato che l’umidità del suolo nelle aree coperte da impianti agrivoltaici era superiore del 15%–25% rispetto alle parcelle scoperte. In un campo di prova nel Sud Europa, l’installazione dei pannelli ha ridotto la frequenza dell’irrigazione del 20%–30%, risparmiando da 3.000 a 4.000 metri cubi d’acqua per ettaro all’anno. Un'umidità del suolo più elevata non solo conserva le risorse idriche, ma migliora anche la disponibilità d’acqua per le radici delle colture, aumentando la resistenza alla siccità — in particolare per le erbe foraggere tolleranti all’ombra e per le colture ad alto fabbisogno idrico come il riso.
Miglior Utilizzo della Luce
I pannelli solari appositamente progettati possono convertire la luce solare diretta intensa in luce più diffusa, creando un ambiente luminoso più adatto per le colture. Secondo uno studio agrivoltaico condotto in Giappone nel 2021, una maggiore proporzione di luce diffusa può migliorare l’efficienza fotosintetica del 15%–25%, con benefici particolari per colture che preferiscono l’ombra, come spinaci e fragole. In una prova, le fragole coltivate in condizioni agrivoltaiche hanno mostrato un contenuto di zuccheri superiore dell’8% e un contenuto di clorofilla superiore del 12%. Inoltre, la disposizione scientifica dei pannelli garantisce una distribuzione più uniforme della luce diffusa, riducendo l'effetto d'ombra e ottimizzando sia la resa che la qualità. Un altro studio ha rilevato che, in condizioni agrivoltaiche, i campi di riso hanno raggiunto rese medie superiori del 10% senza aumentare l’apporto di acqua o fertilizzanti.
2. Impatti Negativi Potenziali
L'Ombreggiamento Eccessivo Può Inibire la Fotosintesi
Sebbene i pannelli solari aiutino a ridurre la temperatura, possono anche diminuire l'intensità luminosa necessaria per la crescita delle colture, in particolare per quelle che richiedono molta luce. Uno studio del 2020 del Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti (USDA) ha mostrato che quando l'ombreggiamento supera il 40%, l'efficienza fotosintetica del mais si riduce di circa il 12%, influenzando significativamente la crescita. Inoltre, un'ombreggiatura prolungata può allungare il ciclo di crescita di alcune colture, ritardando il raccolto. Ad esempio, la canna da zucchero coltivata con un'ombreggiatura del 50% ha impiegato 15 giorni in più per maturare e l'altezza delle piante è diminuita del 20%.
Distribuzione Irregolare della Luce Può Causare Crescita Irregolare delle Colture
I pannelli solari fissi possono proiettare ombre disomogenee, che possono influenzare significativamente le condizioni di crescita delle colture. Secondo una prova sul campo del 2020 condotta dal Fraunhofer ISE, le colture nelle aree permanentemente in ombra presentavano una biomassa inferiore del 25%–30% rispetto a quelle nelle zone completamente illuminate. In una parcella di prova, il numero di pomodori sotto i pannelli è diminuito del 18%, mentre i frutti nelle zone soleggiate erano più numerosi ma con un peso medio ridotto del 5%. Una luce non uniforme può anche portare a maggiori differenze nell’altezza delle piante, influenzando l’efficienza della raccolta.
Impatto Potenziale sulle Caratteristiche delle Colture
L’ombreggiamento non solo influisce sulla velocità di crescita, ma può anche alterare la qualità e l’aspetto delle colture. In uno studio del 2021 dell’Istituto Nazionale Francese per la Ricerca sull’Agricoltura, l’Alimentazione e l’Ambiente (INRAE), il contenuto di zucchero dell’uva è diminuito di circa il 5% sotto un’ombreggiatura del 30% e il colore della buccia è diventato più chiaro. Allo stesso modo, sebbene le fragole coltivate con forte ombreggiatura abbiano mantenuto la resa, il tempo medio di maturazione si è allungato di 7 giorni e la dolcezza è leggermente diminuita. Tali cambiamenti possono rappresentare una sfida per i coltivatori di colture ad alto valore con standard qualitativi rigorosi, richiedendo misure gestionali aggiuntive per compensare.
Come Minimizzare l’Impatto dell’Agrivoltaico sulla Crescita delle Colture
Progettazione Ottimizzata dei Pannelli Solari
Integrando pannelli solari bifacciali, i sistemi agrivoltaici possono migliorare l’efficienza della produzione di energia riducendo al contempo gli effetti negativi sulla crescita delle colture. I moduli bifacciali catturano la luce solare sia dalla parte frontale che dalla luce riflessa dal suolo, aumentando efficacemente la proporzione di luce diffusa e migliorando l’ambiente fotosintetico per le colture. Secondo uno studio del 2021 del Fraunhofer ISE, i moduli bifacciali generano il 15%–25% in più di elettricità rispetto ai pannelli monofacciali tradizionali e aumentano l’intensità della luce diffusa nelle aree in ombra del 20%–30%. Combinati con tecnologie di regolazione dinamica, l’angolo dei pannelli può essere regolato in base alle stagioni e alle esigenze specifiche delle colture — ad esempio, aumentando l’inclinazione in estate per migliorare l’ombreggiatura e ridurre lo stress termico, e riducendola in inverno per favorire la luce solare diretta. I dati mostrano che, sotto un sistema bifacciale dinamico, l’efficienza fotosintetica del grano è migliorata del 15%–20%, la frequenza di irrigazione è diminuita del 25% e il consumo complessivo di acqua si è ridotto in modo significativo.
Layout Scientifico e Scelta delle Colture
Anche una disposizione strategica dei pannelli e la scelta delle colture sono fondamentali per ridurre al minimo l’impatto dell’agrivoltaico sulla crescita delle piante. Ottimizzare la distanza tra i pannelli aiuta a ridurre le zone permanentemente in ombra pur mantenendo la produzione energetica. Disporre i pannelli in un rapporto 1:2 o 1:3 garantisce una distribuzione della luce più uniforme e attenua gli effetti negativi sulla resa agricola. Una ricerca condotta in un campo sperimentale in Germania ha mostrato che con una spaziatura ottimizzata, la resa del grano si è ridotta solo del 3%–5%, mentre l’efficienza fotovoltaica è aumentata del 12%–15%. Inoltre, la selezione delle colture dovrebbe tenere conto delle caratteristiche di ombreggiamento del sistema fotovoltaico. Colture tolleranti all’ombra o che preferiscono la luce diffusa (come spinaci ed erbe foraggere) mostrano risultati particolarmente positivi in condizioni agrivoltaiche.
Benefici Ambientali ed Economici dell’Agrivoltaico
L’innovazione dell’agrivoltaico offre agli agricoltori vantaggi significativi, aiutandoli ad affrontare meglio le sfide dell’agricoltura moderna. Dal punto di vista ambientale, l’agrivoltaico sostituisce i combustibili fossili con energia pulita, riducendo circa 700 tonnellate di emissioni di CO₂ all’anno per ogni megawatt di capacità solare installata. Riduce inoltre l’evaporazione dell’acqua superficiale, migliora l’umidità del suolo e aumenta l’efficienza dell’uso del terreno — rendendolo particolarmente adatto alle regioni aride o alle aree con terreni agricoli limitati. Dal punto di vista economico, l’agrivoltaico genera un reddito aggiuntivo per gli agricoltori, con un incremento annuo stimato di €2.000–€5.000 per ettaro, riducendo al contempo i costi di irrigazione e consumo energetico, e abbassando così le spese operative complessive. Inoltre, i progetti agrivoltaici attirano il sostegno delle politiche pubbliche e degli investimenti, creano posti di lavoro nelle aree rurali e stimolano lo sviluppo economico locale.
Conclusione
Installando pannelli solari su terreni agricoli, pascoli e serre, la tecnologia agrivoltaica consente un uso più efficiente del suolo e porta significativi benefici ambientali ed economici. Dal punto di vista ambientale, l’agrivoltaico riduce le emissioni di carbonio di circa 700 tonnellate per megawatt all’anno, abbassa le temperature superficiali e i tassi di evaporazione, e migliora l’umidità del suolo — creando un ambiente di coltivazione più sostenibile per le aree aride e a scarsa disponibilità idrica. Inoltre, l’ombreggiatura fornita dai pannelli solari aiuta ad alleviare lo stress termico delle colture e migliora la qualità della luce diffusa, aumentando così l’efficienza fotosintetica.
Sebbene possano sorgere sfide come l’eccessiva ombreggiatura o la distribuzione disomogenea della luce, queste possono essere affrontate efficacemente attraverso sistemi di regolazione dinamica, tecnologia solare bifacciale e una disposizione scientifica dei pannelli e delle colture. Nel complesso, l’agrivoltaico non solo garantisce un ritorno economico per gli agricoltori, ma rappresenta anche un percorso innovativo per integrare l’agricoltura sostenibile con le energie rinnovabili. Con il continuo progresso tecnologico e il supporto delle politiche, il futuro delle applicazioni agrivoltaiche appare sempre più promettente.
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Riferimenti:
Bundesnetzagentur. (2023, July 10). Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG): Unterstützung für Agri-PV-Projekte in Deutschland. https://www.bundesnetzagentur.de/eeg/agri-pv-foerderung/2023-juli
Fraunhofer ISE. (2021, March). Agri-photovoltaics: Synergies between agriculture and solar power. https://www.ise.fraunhofer.de/en/key-topics/agri-photovoltaics.html
USDA. (2023, February 5). Agrivoltaics: Combining solar energy and agriculture in the United States. https://www.usda.gov/agrivoltaics-us
Optics Journal. (2023, May 20). Analysis of Total Irradiance Model for Bifacial Photovoltaic Modules. Retrieved from https://opticsjournal.net/Articles/OJ562209529f113c30/Abstract
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