Agrivoltaico: una nuova forma di agricoltura

Mentre state guidando vi sarà sicuramente capitato di intravedere dei campi con la presenza di pannelli fotovoltaici. Vi siete mai chiesti a cosa servono e se è possibile coltivare sotto quei pannelli? I pannelli fotovoltaici trasformano l’energia solare in energia elettrica. Sotto questi pannelli in determinate condizioni è anche possibile coltivare. È nato quindi un nuovo modo di coltivare, denominato agrivoltaico.

Agricoltura + fotovoltaico = AGRIVOLTAICO

L’agrivoltaico si pone perciò l’obiettivo di combinare la produzione di energia elettrica con l’attività agricola, tutto questo sulla stessa superficie.

Energia fotovoltaica ed agricoltura allo stesso tempo

Senza determinati accorgimenti non è possibile coltivare un terreno in cui sono presenti pannelli fotovoltaici. Nei primi anni duemila erano posti infatti spesso molto vicini al suolo, rendendo praticamente impossibile la coltivazione. Con gli anni il numero di campi con pannelli fotovoltaici, e non più coltivati, è aumentato. Nel frattempo è cresciuta anche però la paura che questi pannelli sottraessero troppa superficie all’agricoltura. Ma perché non fare le due cose sullo stesso appezzamento? Alzando infatti l’altezza da terra dei pannelli è possibile coltivare il terreno, permettendo tra l’altro il passaggio delle macchine agricole.
Anche l’agrivoltaico può essere considerato una tecnologia 4.0 applicata all’agricoltura.

Semina in un impianto agrivoltaico

Le origini dell’agrivoltaico

L’idea di combinare la produzione di energia con l’agricoltura fu concepita inizialmente da Adolf Goetzberger e Armin Zastrow, 2 fisici tedeschi, nel 1981. Nel 2004 in Giappone Akira Nagashima sviluppò dei prototipi in cui i pannelli vennero ottimizzati, grazie ad un miglior sfruttamento del punto di saturazione. Spiegando in parole semplici venne migliorata la resa dei pannelli fotovoltaici ed ottimizzata la produzione di energia elettrica. Nagashima iniziò a proporre la tecnologia in varie aree del Giappone anche con strutture removibili, adatte a scopi sperimentali e dimostrativi.

Diffusione dell’agrivoltaico nel mondo

Attualmente non a caso il Giappone si dimostra leader nel settore, con più di 1.000 terreni coltivati col sistema dell’agrivoltaico. Interesse mostrato recentemente anche in altri Paesi dell’Estremo Oriente, con Cina e Corea del Sud in testa. La Corea del Sud in particolare intende arrivare ad ottenere il 20% di energia rinnovabile nel 2030 (nel 2017 era “solo” al 5%). In Cina Wan You-Bao ha brevettato un sistema “agrivoltaico” per proteggere le colture nelle aree desertiche. Altri Paesi asiatici in cui vengono svolte ricerche sono l’India (in cui è stato proposto di adottare l’ agrivoltaico in alcuni vigneti), la Malesia ed il Vietnam.

In Europa Günter Czaloun in Austria propose nel 2004 un sistema a fune. Un certo sviluppo è stato riscontrato poi in Italia, come approfondiremo in seguito, oltre che in Francia (grazie alle ricerche condotte dall’INRA), Germania (con i lavori del centro Fraunhofer ISE), Danimarca e Croazia.

In America il Paese più all’avanguardia risultano gli USA, dove la tecnologia è stata sperimentata in aree molto calde, talvolta anche desertiche. Alcune sperimentazioni son state svolte anche in Cile.

Campo agrivoltaico sperimentale in Massachussets (Foto di Dennis Schroeder)

L’agrivoltaico in Italia: una storia recente

In Italia la storia dell’ agrivoltaico è relativamente recente. Nel 2009 a Mola di Bari venne installato un impianto fotovoltaico su uva da tavola. È però tra le province di Mantova e Piacenza che il sistema dell’agrivoltaico ha riscontrato il maggiore sviluppo a livello nazionale, raggiungendo 55 ettari nel 2013 con una potenza di picco installata di 10 MW. In questi impianti i pannelli fotovoltaici sono stati installati a 5 m d’altezza e distanziati tra loro di 12 metri, in modo da facilitare le operazioni colturali permettendo il passaggio delle macchine agricole e per evitare un eccessivo ombreggiamento.

In Italia ha trovato uno spazio interessante la cosiddetta serra fotovoltaica, anche grazie a degli incentivi promossi a livello statale. Avendo già una serra disponibile è quindi possibile trasformarla in una serra fotovoltaica installando “semplicemente” dei pannelli. La più grande serra fotovoltaica al mondo si trova proprio in Italia, a SuScioffu, in provincia di Cagliari.

Esempio di piccola serra fotovoltaica

Aspetti da considerare in fase di progettazione e tipologie di pannelli

Poniamo l’attenzione sui pannelli fotovoltaici (il cui elemento principale è il silicio), in quanto la loro tipologia costruttiva può influenzare il rendimento delle colture. La loro presenza determina infatti in alcune aree fenomeni di ombreggiamento.

Le possibilità di effettuare la coltivazione sono legate a:

• aspetti di natura logistica. In fase progettuale si dovrà infatti pensare a predisporre i pannelli ad un’altezza e ad una larghezza adeguate al passaggio dei mezzi meccanici. Bisognerà inoltre tener conto delle condizioni climatiche dell’area interessata. I pannelli dovranno essere infatti sufficientemente stabili per motivi di sicurezza. Raffiche di vento potrebbero causare la caduta dei pannelli, determinando una possibilità di rischio per gli operatori agricoli
• ottimizzazione delle colture. In base alle esigenze delle colture che vogliamo coltivare è necessario valutare le condizioni microclimatiche create dalla presenza dei pannelli

Dal punto di vista costruttivo esistono due soluzioni:

• configurazione statica. In questo caso l’inclinazione dei pannelli non può essere modificata. È la tipologia costruttiva più semplice, più economica e con maggiore affidabilità nel funzionamento. Le criticità sono legate al fatto che non tutte le colture sono ben adattabili, in quanto non vi è la possibilità di controllo sulle zone d’ombra create
• configurazione dinamica. Possiamo in questo caso modificare l’orientamento dei pannelli, riducendo eventuali zone d’ombra. Oltre a ciò, è possibile porre i pannelli in posizione verticale, se si vuole evitare o limitarne il danneggiamento, oppure in posizione orizzontale, con una maggiore protezione delle colture in caso di gelo e soprattutto grandine. Gli impianti ad inseguimento solare ad esempio permettono di aumentare il rendimento dei pannelli. Sono in grado infatti di inclinarsi in base alla posizione del Sole, massimizzando la captazione luminosa e la produzione di energia

Gli impianti ad inseguimento solare migliorano la resa energetica dei pannelli

Il microclima sotto i pannelli

E le nostre colture? Come stanno sotto i pannelli? In ogni caso, sia con presenza della serra o meno, possono crearsi delle condizioni microclimatiche diverse rispetto al pieno campo, determinando sia vantaggi che svantaggi per le nostre colture. Vediamo come cambiano alcuni parametri in base alle esperienze svolte:

• radiazione luminosa. In termini di PAR (radiazione utile alla fotosintesi) si sottolinea una minor quantità di radiazione luminosa disponibile, dovuta all’ombreggiamento dei pannelli solari. In ambienti con forte disponibilità di radiazione luminosa un certo ombreggiamento potrebbe favorire la crescita di numerose piante. Alcune piante riescono a volte a sfruttare infatti solo una parte dell’energia luminosa. È il caso di una coltura in estate posta in pieno campo in pieno sole (caso tipico degli ambienti mediterranei). In ambienti più continentali l’ombreggiamento può portare ad una minor quota di radiazione luminosa disponibile. È questo il caso della cosiddetta carenza luminosa
• evapotraspirazione. Anche questa viene modificata, soprattutto negli ambienti più caldi. Con una minor radiazione luminosa disponibile le piante riducono la loro evapotraspirazione. Dal punto di pista pratico è possibile quindi coltivare consumando meno acqua
• temperatura. Rispetto a condizioni di pieno campo in ambienti più caldi è stata registrata una diminuzione della temperatura al di sotto dei pannelli. All’interno delle serre in ambienti freddi riscontriamo in genere una temperatura più calda. Questo ci offre la possibilità di coltivare anche in inverno
• malattie delle piante. Il cambiamento di certe condizioni climatiche potrebbe determinare una minor incidenza di alcune malattie, come ad esempio la peronospora. Tali funghi sono favoriti da piovosità alte. La copertura potrebbe esercitare una minor pressione della malattia, legata ad una minor bagnatura fogliare sulle colture. In alcuni casi potremmo avere una maggior incidenza di altre malattie favorite da bagnature meno prolungate, come ad esempio l’oidio
• resa delle colture e qualità. Uno studio in Arizona ha mostrato come le rese non fossero state ridotte. Nel caso del pomodoro e del peperoncino nel fotovoltaico si è riscontrato un raddoppiamento della produzione. Altre ricerche più inerenti l’aspetto qualitativo hanno evidenziato nel caso della lattuga un minor peso medio del singolo cespo, ma nel contempo un raccorciamento del ciclo colturale

Anche su alcune colture arboree, come ad esempio la vite, è possibile coltivare in agrivoltaico

Scegliere le piante adatte

Nel corso dei millenni le diverse piante si sono adattate maggiormente a determinati climi. Le necessità di proliferazione della specie portano infatti ad un miglior adattamento in quel determinato clima.
Alcune piante, definite a metabolismo C4, come mais, canna da zucchero o sorgo, risultano più adatte a climi tropicali. Si adattano quindi a temperature più elevate e sono più efficienti in termini di fotosintesi.
Altre, definite a metabolismo C3, come il girasole, gran parte delle arboree, il fagiolo, il grano o il tabacco, sono più adatte a climi temperati.
La coltivazione col sistema agrivoltaico è particolarmente adatta a piante a metabolismo C3, specialmente in climi caldi.
Ciò non esclude però la possibilità che vengano installate serre in climi più temperati, creandosi dei problemi di carenza luminosa.

BioAksxter®: una risposta ai problemi di carenza luminosa

Al problema della carenza luminosa BioAksxter® ha dato una risposta. Le formulazioni M31 Serra Fotovoltaica® e M32 Serra Fotovoltaica® sono state create proprio per ovviare alle situazioni con mancanza di luce. Nelle coltivazioni in serre fotovoltaiche e in tutte le situazioni di carenza luminosa (ad esempio coltivazioni sotto rete, terreni esposti a nord, valli chiuse) queste formulazioni consentono l’incremento delle rese produttive e la resistenza sotto la soglia minima delle temperature ottimali, prolungando il ciclo di raccolta e rallentando il naturale deperimento delle colture.

Oltre ai benefici caratteristici di tutte le formulazioni BioAksxter® (riequilibrio del sistema pianta-terreno, eliminazione dei residui chimici, etc.) i prodotti della linea serra fotovoltaica potenziano nello specifico il programma di captazione dell’energia luminosa, migliorando l’efficienza della fotosintesi con produzioni costanti ed omogenee. In particolare nelle serre fotovoltaiche si notano dei particolari vantaggi sia nelle serre riscaldate, legati al risparmio di combustibile, che in quelle fredde, grazie alla maggior resistenza dei vegetali alle basse temperature. L’impiego di queste formulazioni consente anche alle colture di difendersi dalle interferenze elettromagnetiche generate dai pannelli fotovoltaici.

Consigliamo in situazioni di carenza luminosa, condizioni che possono presentarsi come visto anche in pieno campo, l’applicazione di M31 Serra Fotovoltaica®.

In casi particolari, come le colture orticole da foglia, nei vivai di giovani piante e nella floricoltura, per migliorare lo sviluppo della parte vegetale, consigliamo l’applicazione di M32 Serra Fotovoltaica®. Tale formulazione ci consentirà di ottenere un maggior rigoglio vegetativo con foglie più spesse ed anche più lucenti. La maggior elasticità dei tessuti ed il loro ispessimento aumentano la resistenza alle sollecitazioni meccaniche che si verificano durante il trasporto. Oltre a ciò, si riduce lo stress in caso di rinvaso e trapianto.