In che modo gli agricoltori possono utilizzare l'energia solare senza danneggiare il resto della loro attività

di Austin Kay, La conversazione

Mentre il mondo corre per raggiungere gli obiettivi di zero emissioni nette, le emissioni di tutti i settori industriali devono essere ridotte con maggiore urgenza che mai. L'agricoltura è un'importante area di interesse in quanto contribuisce fino al 22% delle emissioni globali di gas serra, quasi quanto il settore energetico.

Un approccio alla decarbonizzazione del settore agricolo è l'agrivoltaico. Prevede l'integrazione di pannelli solari, o fotovoltaici (PV), in campi coltivati, serre e aree di allevamento, che possono aiutare gli agricoltori a ridurre la loro impronta di carbonio pur continuando a produrre cibo.

L'agrivoltaico può anche mitigare una delle principali critiche spesso mosse all'energia solare: i parchi solari "sprecano" vasti tratti di terreno agricolo che potrebbero altrimenti essere utilizzati per la produzione alimentare. In realtà, i parchi solari occupano attualmente solo lo 0,15% del territorio totale del Regno Unito, non molto rispetto al 70% dei terreni agricoli.

L'esempio più semplice di un sistema agrivoltaico sono i pannelli fotovoltaici convenzionali in silicio cristallino (il tipo di pannelli solari leader di mercato), installati nei campi accanto al bestiame. Questo metodo di diversificazione delle aziende agricole è diventato sempre più popolare negli ultimi anni per tre motivi principali.

In primo luogo, migliora la biodiversità in quanto i campi non vedono una rotazione regolare delle colture, non sono monocolture o vengono raccolti per l'insilato. In secondo luogo, aumenta la produzione poiché il bestiame beneficia dell'ombra e della crescita più sana dei pascoli.

Infine, il parco solare ha ridotto i costi di manutenzione perché il bestiame può mantenere l'erba corta. Tutto questo è possibile grazie ai pannelli solari che forniscono energia pulita e generata localmente.

Ma se non sono impostati correttamente, l'agrivoltaico può causare problemi. Una delle sfide più importanti è bilanciare la necessità di luce solare tra le colture e i pannelli solari. Le colture hanno bisogno di luce per crescere e, se i pannelli solari bloccano troppa luce solare, possono avere un impatto negativo sui raccolti.

This issue varies from place to place. In countries with fewer sunny days like the UK, the panels need to let more sunlight through. But in places like Spain or Italy, some shade can actually help crops by reducing the stress of intense heat during summer months. Finding the right balance is tricky, as it depends on local conditions, the type of crop, and even the needs of pollinators like bees.

The complexity deepens when we consider the type of PV material used. Traditional solar panels aren't always suitable because they often block the wavelengths (colors) of light needed by plants.

This is where newer materials, like organic semiconductors and perovskites, are ideal as they can be customized to let crops get the light they need while still generating energy. Unlike traditional inorganic semiconductors, which are essentially crystals of metal and metalloid atoms, organic semiconductors are molecules mainly made of carbon and hydrogen. Perovskites, meanwhile, are like a hybrid of the two.

But there are thousands of combinations of these materials to choose from, with scientific literature containing a plethora of options. Figuring out which one works best can be a daunting task.

This is where computational tools can make a big difference. Instead of testing each material in real-world conditions—which would take years and be incredibly expensive—researchers can use simulations to predict their performance. These models can help identify the best materials for specific crops and climates, saving both time and resources.

Lo strumento

Abbiamo sviluppato uno strumento open source che aiuta a confrontare vari materiali fotovoltaici, facilitando l'identificazione delle migliori opzioni per l'agrivoltaico. Il nostro strumento utilizza dati geografici e simulazioni realistiche delle prestazioni dei diversi materiali fotovoltaici.

Considera il modo in cui la luce viaggia attraverso questi materiali e si riflette su di essi, nonché altre importanti misure di prestazione come la tensione e la potenza in uscita. Lo strumento può anche effettuare misurazioni di laboratorio di materiali fotovoltaici e applicarle a scenari del mondo reale.

Utilizzando questo strumento, abbiamo simulato la quantità di energia che diversi materiali fotovoltaici potrebbero generare per metro quadrato nel corso di un anno, in varie regioni. E abbiamo calcolato quanta luce passava attraverso questi materiali per assicurarci che fosse sufficiente per far prosperare le colture.

Eseguendo queste simulazioni per più materiali, abbiamo potuto identificare le opzioni più adatte per colture e climi specifici.

Strumenti come il nostro potrebbero svolgere un ruolo fondamentale nella decarbonizzazione del settore agricolo, guidando la progettazione di sistemi agrivoltaici. La ricerca futura potrebbe combinare queste simulazioni con analisi dell'impatto economico e ambientale. Questo ci aiuterebbe a capire quanta energia possiamo aspettarci da un pannello solare nel corso della sua vita rispetto alle risorse e ai costi necessari per produrlo.

In definitiva, il nostro strumento potrebbe aiutare i ricercatori e i responsabili politici a selezionare i modi più efficienti, economici ed ecologici per decarbonizzare l'agricoltura e avvicinarci al raggiungimento di zero emissioni nette globali.

Fornito da The Conversation 

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.