Energie rinnovabili e agricoltura: opportunità e limiti dei sistemi agrivoltaici

Scientific research on agri-voltaic systems has spread widely in recent years, driven by the need to mitigate climate change by producing energy from renewable sources. To reconcile the production of electricity and cultivation for food purposes, the agrivoltaic systems (AV agrivoltaic systems), i.e. photovoltaic systems built on agricultural land with fixed or mobile panels, are based on the concept of sharing solar radiation with the underlying crops. This thesis work intends to explore the recent scientific production about the use of agrovoltaic systems (IAV), by carrying out a bibliographic and bibliometric search on the Scopus database. The outputs of the bibliographic research derive from experiments in different geographical areas, selecting thematic areas: engineering and energy, agriculture and environmental sciences. The selected articles include numerous case studies, with several with different experimental cultures and different IAVs. The thesis is divided into two main parts: the first deals with the analysis using the results obtained from the analyze results function of Scopus, i.e. a review of the bibliography present with the following search criteria: agrovoltaic, agrophotovoltaic, agrivoltaic and agriphotovoltaic; the second part consists of an analysis and processing of data extrapolated from articles with common crop experiments, such as corn, wheat, lettuce, potatoes and various vegetables. Finally, the theme of the variability of agricultural yields was dealt with compared to a traditional crop, i.e. without photovoltaic coverage. The bibliographic analysis indicates that experimental research on agrivoltaics develops mainly starting from the last decade; metadata analyzes suggest that agricultural production yields, in some cases, appear to be similar to conventional farming; in other cases the selected species of agronomic interest did not show yields compatible with agricultural production. Furthermore, the microclimatic variations caused by the shade as a function of the density of the panels developed below the plant were discussed; these microclimatic variations seem to create benefits for crops in hot and arid climates through shading and improvement of soil water content. From the evolution of the number of scientific articles and from the experiments carried out both in the engineering and in the agronomic fields, the interest in the development of IAV is undoubtedly growing rapidly. However, some elements related to both agronomic and energy productivity and environmental sustainability remain to be explored and validated.

Le ricerche scientifiche circa gli impianti agrivoltaici si sono ampiamente diffuse negli ultimi anni, trainate dalla necessità di mitigare i cambiamenti climatici producendo energia da fonti rinnovabili. Per conciliare produzione di energia elettrica e coltivazione per scopo alimentare i sistemi agrivoltaici (AV agrivoltaic system), ovvero impianti fotovoltaici realizzati su terreni agricoli con pannelli fissi o mobili, sono basati sul concetto di condivisione della radiazione solare con le colture sottostanti. Il presente lavoro di tesi intende esplorare la recente produzione scientifica circa l’uso di impianti agrovoltaici (IAV), effettuando una ricerca bibliografica e bibliometrica sulla banca dati Scopus. Gli output della ricerca bibliografica derivano da sperimentazioni in diverse aree geografiche, selezionando aree tematiche: ingegneria ed energia, agricoltura e scienze ambientali. Gli articoli selezionati comprendono numerosi casi studio, con diverse con diverse colture sperimentali e differenti IAV. La tesi è suddivisa in due parti principali: la prima tratta l’analisi tramite i risultati ottenuti dalla funzione analyze results di Scopus, ovvero una revisione della bibliografia presente con i seguenti criteri di ricerca: agrovoltaic, agrophotovoltaic, agrivoltaic e agriphotovoltaic; la seconda parte è costituita da un’analisi ed elaborazione dei dati estrapolati da articoli con sperimentazioni colturali comuni, quali mais, grano, lattuga, patate e vari ortaggi. Si è infine trattato il tema della variabilità delle rese agricole rispetto ad auna coltura tradizionale, ovvero senza copertura fotovoltaica. L’analisi bibliografica indica che le ricerche sperimentali sull’agrivoltaico si sviluppano principalmente a partire dall’ultimo decennio; le analisi sui metadati suggeriscono che le rese produttive agricole, in alcuni casi, sembrano essere simili a quelle a conduzione convenzionale; in altri casi le specie di interesse agronomico selezionate non mostravano rese compatibili con la produzione agricola. Inoltre, si sono discusse le variazioni microclimatiche causate dall’ombra in funzione della densità dei pannelli sviluppatesi al di sotto dell’impianto; tali variazioni microclimatiche sembra possano creare dei benefici per le colture in climi caldi e aridi attraverso l’ombreggiamento e il miglioramento del contenuto d’acqua nel suolo. Dall’evoluzione del numero di articoli scientifici e dalle sperimentazioni svolte sia in ambito ingegneristico che in quello agronomico, l’interesse per lo sviluppo di IAV è indubbiamente in forte crescita. Tuttavia, alcuni elementi legati sia alla produttività agronomica ed energetica che a quella della sostenibilità ambientale rimangono da esplorare e validare.