Agrifotovoltaico: il tassello mancante del puzzle per i produttori di energia e l’energia agricola: produzione di energia elettrica agricola mediante agrifotovoltaico

Quando si parla di produzione di energia agricola o di utilizzo di energie rinnovabili in agricoltura, si pensa subito agli impianti a biogas. In realtà, questi impianti si sono diffusi sempre di più negli ultimi 10 anni e rappresentano una quota significativa di energia rinnovabile nella produzione di energia elettrica agricola (18,45% nel 2021).

La maggior parte della biomassa proviene da residui agricoli come letame, liquami e paglia. Secondo l'Agenzia per le Risorse Rinnovabili (FNR), solo un terzo di questo potenziale è attualmente utilizzato. Il legno energetico, che comprende residui forestali e industriali, nonché scarti di legno, è la seconda forma di biomassa più utilizzata. Due terzi di questo potenziale sono già utilizzati.

Un importante vantaggio della bioenergia è che può essere immagazzinata e compensa le fluttuazioni dell'energia eolica e solare.

Gli svantaggi della bioenergia sono particolarmente evidenti quando si coltiva la biomassa. I terreni agricoli utilizzati per le colture energetiche non possono più essere utilizzati per la produzione di alimenti e mangimi. La crescente domanda di biomassa porta a cambiamenti nell'uso del suolo. A lungo termine, questa concorrenza può, tra l'altro, far aumentare il prezzo dei prodotti agricoli.

Inoltre, la biomassa rappresenta l'uso meno efficiente delle energie rinnovabili. La sua efficienza (ovvero la quantità di energia prodotta su una determinata area) è compresa tra lo 0,5 e l'1%. L'efficienza di un modulo solare è di circa il 20%. L'energia eolica e solare superano significativamente la biomassa in termini di efficienza di superficie.

Quota di fonti energetiche rinnovabili nella produzione lorda di energia elettrica in Germania nel 2020 e nel 2021 – Immagine: Xpert.Digital

La statistica mostra la quota di fonti energetiche rinnovabili nella produzione lorda di energia elettrica in Germania nel 2020 e nel 2021. Nel 2021, circa il 7,5% della produzione lorda totale di energia elettrica in Germania è stata prodotta da biomassa.

Quota di fonti energetiche rinnovabili nella produzione lorda di energia elettrica in Germania nel 2020

• Energia eolica (onshore) – 18,40%
• Fotovoltaico – 8,60 in %
• Biomassa – 7,80 in %
• Energia eolica (offshore) – 4,80 in %
• Energia idroelettrica – 3,30 in %
• Rifiuti urbani – 1 in %
• Energia geotermica – 0,04 in %

Quota di fonti energetiche rinnovabili nella produzione lorda di energia elettrica in Germania 2021*

• Energia eolica (onshore) – 15,80%
• Fotovoltaico – 8,80 in %
• Biomassa – 7,50 in %
• Energia eolica (offshore) – 4,30 in %
• Energia idroelettrica – 3,40 in %
• Rifiuti urbani – 1 in %
• Energia geotermica – 0,03 in %

*Preliminare.

I moduli solari semitrasparenti sono già utilizzati in un centro di ricerca della "Regione modello per l'agrifotovoltaico del Baden Württemberg".

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• Agri-Solar per la frutticoltura: Agri-PV nel Baden-Württemberg e nella Renania-Palatinato per una frutticoltura a zero emissioni di CO2 (frutta e verdura)

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Energie rinnovabili – Produzione di energia elettrica in Germania per fonte energetica nel 2011 e nel 2021 – Immagine: Xpert.Digital

Produzione di biomassa

Nel 2011, la biomassa rappresentava il 25,88% della produzione lorda di energia elettrica da fonti rinnovabili (124,02 terawattora/TWh). Nel 2021, la produzione lorda totale di energia rinnovabile ha raggiunto i 238 TWh, con un aumento di quasi il 92% in 10 anni. La quota di biomassa, che era del 25,88% nel 2011, è scesa al 18,45% nel 2021.

Potenza di uscita delle turbine eoliche

Anche l'energia eolica onshore ha registrato un significativo aumento della produzione di energia elettrica. Ciò è dovuto alla crescita della capacità installata, in particolare tra il 2014 e il 2017. Tuttavia, il tasso di espansione è notevolmente diminuito negli ultimi anni. Anche il mercato delle turbine eoliche offshore ha subito notevoli fluttuazioni negli ultimi tempi.

Produzione di impianti di energia rinnovabile (ER) in tutto il mondo

A livello mondiale, la capacità installata di impianti di energia rinnovabile aumenta di anno in anno. Più di recente, l'Asia ha registrato la più alta capacità installata. L'Europa ha registrato poco meno della metà della capacità installata dell'Asia. Tra gli impianti di energia rinnovabile, l'energia idroelettrica è stata la fonte energetica con la più alta capacità installata a livello mondiale.

Produzione lorda di energia elettrica da fonti rinnovabili in Germania per fonte energetica nel confronto anno su anno 2011

• Energia eolica terrestre – 49,20 terawattora
• Fotovoltaico – 19,60 in terawattora
• Biomassa – 32,10 in terawattora
• Energia eolica offshore – 0,60 in terawattora
• Energia idroelettrica* – 17,70 in terawattora
• Rifiuti domestici** – 4,80 in terawattora
• Energia geotermica – 0,02 in terawattora

Produzione lorda di energia elettrica da fonti rinnovabili in Germania per fonte energetica nel confronto anno su anno 2021

• Energia eolica terrestre: 92 terawattora
• Fotovoltaico – 51,20 in terawattora
• Biomassa – 43,90 in terawattora
• Energia eolica offshore – 25,30 terawattora
• Energia idroelettrica* – 19,70 in terawattora
• Rifiuti domestici** – 5,70 in terawattora
• Energia geotermica – 0,20 in terawattora

* Generazione in centrali idroelettriche a flusso continuo e ad accumulo, nonché generazione da afflusso naturale in centrali idroelettriche a pompaggio.
** Generazione dalla sola frazione biogenica dei rifiuti solidi urbani (circa il 50%).

Sebbene la biomassa non si sia sviluppata altrettanto rapidamente negli ultimi 10 anni ed sia stata superata dal fotovoltaico, il suo accumulo e la sua disponibilità rimangono un vantaggio cruciale rispetto al fotovoltaico, che deve essere ulteriormente promosso. È chiaro a tutti gli interessati che la biomassa non può essere ampliata con la stessa intensità della produzione di energia solare. Tuttavia, si possono ancora fare progressi significativi con la biomassa, in particolare nell'espansione del potenziale esistente.

Nemmeno l'agrivoltaico può compensare lo svantaggio di un cattivo accumulo di energia. Rispetto alla biomassa, non esiste una scala di accumulo di energia paragonabile in termini di impatto ambientale positivo. In breve, la biomassa sarà sempre più economica da immagazzinare rispetto all'accumulo di energia, il che si riflette anche nella valutazione dell'impatto ambientale. L'impatto ambientale dell'accumulo di energia è positivo solo se l'energia utilizzata per la sua produzione viene risparmiata durante il processo di utilizzo.

La combinazione e l'ampliamento della funzionalità della biomassa con l'agrifotovoltaico determinano una densificazione e un aumento del potenziale di produzione di energia elettrica agricola!

Grazie ai moduli solari trasparenti, le aree rurali con un'agricoltura attiva hanno accesso a una fonte energetica più ampia ed economica. Questo vale anche per le aree che sono effettivamente terreni fertili e preziosi per l'agricoltura e non possono essere utilizzate per la produzione di energia fotovoltaica, come gli impianti a terra.

La trasmissione della luce dei moduli solari trasparenti consente di generare elettricità e, contemporaneamente, di coltivare e far crescere le piante.

La situazione è diversa per gli impianti, noti anche come parchi solari a terra, parchi solari all'aperto o parchi solari. Un prerequisito per questi impianti è che in queste aree non sia possibile una coltivazione agricola redditizia. Si tratta di "aree svantaggiate" in cui le difficili condizioni di produzione naturale dovute ad altitudine, pendenza, condizioni climatiche, accessibilità o scarsa qualità del suolo hanno maggiori probabilità di portare all'abbandono dell'agricoltura rispetto alle aree non svantaggiate. Le aree svantaggiate sono suddivise in aree montuose, aree agricole svantaggiate e piccole aree.

Anche la composizione e la fertilità del suolo (punti del suolo) svolgono un ruolo importante. Tra queste, rientra il Valore Comparativo Agricolo (LVZ). Rappresenta la redditività agricola o orticola approssimativa di un'azienda agricola secondo la Legge sulla Valutazione dei Terreni Coltivabili, approvata il 16 ottobre 1934. I calcoli LVZ incorporano fattori quali la fertilità del suolo, le condizioni generali del suolo, la qualità del suolo, le condizioni climatiche e l'irrigazione.

Se questi fattori e le condizioni del suolo vengono valutati positivamente, e quindi viene negato il permesso di costruire un parco solare o un impianto fotovoltaico a terra su questo terreno agricolo utilizzabile, l'agrivoltaico diventa un'alternativa interessante e una soluzione più efficiente. Questo approccio consente sostanzialmente di raddoppiare l'utilizzo del terreno agricolo.

Agrifotovoltaico per l'agricoltura e la transizione energetica – Immagine: Xpert.Digital / affendi shahidan|Shutterstock.com

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Con la standardizzazione della Legge sulle Fonti Energetiche Rinnovabili (EEG), la Germania ha creato le condizioni per la diffusione di impianti agrovoltaici (AgriPV) e la relativa remunerazione per la loro produzione. Questo cambiamento di mentalità è urgentemente necessario, in quanto consente di utilizzare il maggior numero possibile di terreni per l'ulteriore espansione del fotovoltaico. In caso contrario, gli obiettivi di espansione solare fissati per la transizione energetica in Europa saranno impossibili da raggiungere. Il duplice utilizzo dei terreni agricoli è un fattore cruciale affinché la Germania possa raggiungere l'obiettivo di quadruplicare gli impianti fotovoltaici a 215 gigawatt entro il 2030 in soli sette anni. Negli ultimi 25 anni sono stati installati circa 54 GW.

Uno dei principali vantaggi dei sistemi agrovoltaici decentralizzati è che una parte significativa della loro produzione di energia elettrica viene spesso utilizzata localmente e la connessione alla rete elettrica non richiede in genere l'estesa espansione della rete necessaria per altri sistemi installati a terra. Sono emersi due sistemi distinti.

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