Agrofotovoltaico – Il puzzle mancante per gli economisti dell’energia e dell’energia agricola: generazione di energia agricola o generazione di elettricità con l’agri-PV

Quando si parla di gestione energetica rurale o di utilizzo di energie rinnovabili in agricoltura, di solito si pensa innanzitutto agli impianti di biogas. Negli ultimi 10 anni, infatti, questi sistemi sono diventati più diffusi e rappresentano una quota significativa delle energie rinnovabili in agricoltura nella produzione di energia elettrica (2021 con il 18,45%).

La maggior parte della biomassa proviene da residui agricoli come letame, liquame e paglia. Secondo l'Agenzia per le Risorse Rinnovabili (FNR), solo un terzo del potenziale viene sfruttato. Al secondo posto nell'utilizzo della biomassa c'è il legno energetico, cioè il legno di scarto forestale e industriale, nonché il legno di scarto. Due terzi di questo potenziale sono già utilizzati.

Un vantaggio importante 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 su cui vengono coltivate colture energetiche non possono più essere utilizzati per la produzione di alimenti e mangimi. La crescente domanda di biomassa sta portando a cambiamenti nell’uso del territorio. A lungo termine, questa concorrenza può, tra le altre cose, rendere i prodotti agricoli più costosi.

Inoltre, la biomassa rappresenta l’uso meno efficiente delle energie rinnovabili. La loro 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 dell’area.

Quota delle fonti energetiche rinnovabili nella produzione lorda di elettricità in Germania nel 2020 e nel 2021 - Immagine: Xpert.Digital

Le statistiche mostrano la quota delle fonti energetiche rinnovabili nella produzione lorda di elettricità in Germania nel 2020 e nel 2021. Nel 2021, circa il 7,5% della produzione lorda totale di elettricità in Germania è stata prodotta dalla biomassa.

Quota delle fonti energetiche rinnovabili nella produzione lorda di elettricità in Germania nel 2020

• Energia eolica (onshore) – 18,40 in %
• 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 delle fonti energetiche rinnovabili nella produzione lorda di elettricità in Germania nel 2021*

• Energia eolica (onshore) – 15,80 in %
• 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 %

*Provvisoriamente.

I moduli solari parzialmente trasparenti vengono già utilizzati in un impianto di ricerca nella “Regione modello Agri-Fotovoltaico Baden Württemberg”.

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

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Energie rinnovabili: produzione di elettricità in Germania per fonte energetica 2011 e 2021 - Immagine: Xpert.Digital

Prestazioni della biomassa

Nel 2011, la quota di biomassa per la produzione lorda di elettricità da sole energie rinnovabili (124,02 terawattora/TWh) era del 25,88%. Nel 2021, la produzione lorda totale di energie rinnovabili è stata di 238 TWh. Si tratta di un aumento di quasi il 92% dopo 10 anni. Nel 2011 la quota di biomassa era ancora pari al 25,88%. Nel 2021 la quota è scesa al 18,45%.

Prestazioni delle turbine eoliche

Anche l’energia eolica onshore ha aumentato significativamente la produzione di elettricità. Ciò è dovuto all’aumento della capacità installata, in particolare negli anni dal 2014 al 2017. Negli ultimi anni, tuttavia, l’espansione è notevolmente diminuita. Anche il mercato delle turbine eoliche offshore è stato recentemente soggetto a notevoli fluttuazioni.

Prestazioni degli impianti di energia rinnovabile (RE) nel mondo

In tutto il mondo, la capacità installata dei sistemi di energia rinnovabile aumenta ogni anno. Più recentemente, la maggior parte dell’energia elettrica è stata installata in Asia. L’Europa ha registrato quasi la metà della capacità installata rispetto all’Asia. Tra i sistemi di energia rinnovabile, l’energia idroelettrica è stata la fonte energetica con la maggiore capacità installata a livello mondiale.

Produzione lorda di elettricità da energie rinnovabili in Germania per fonte energetica nel confronto anno su anno nel 2011

• Energia eolica onshore – 49,20 in 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 elettricità da energie rinnovabili in Germania per fonte energetica nel confronto anno su anno nel 2021

• Energia eolica onshore – 92 in terawattora
• Fotovoltaico – 51,20 in terawattora
• Biomassa – 43,90 in terawattora
• Energia eolica offshore – 25.30 in terawattora
• Energia idroelettrica* – 19,70 in terawattora
• Rifiuti domestici** – 5,70 in terawattora
• Energia geotermica – 0,20 in terawattora

* Produzione in centrali idroelettriche ad acqua fluente e ad accumulazione, nonché produzione da apporti naturali in centrali ad accumulazione mediante pompaggio.
** Prodotto solo dalla parte biogenica dei rifiuti domestici (circa il 50%).

Anche se la biomassa non si è sviluppata molto negli ultimi 10 anni ed è stata superata dal fotovoltaico, lo stoccaggio e la disponibilità della biomassa rimangono un vantaggio decisivo rispetto al fotovoltaico che deve essere promosso di conseguenza. È chiaro a tutti i soggetti coinvolti che la biomassa non può essere ampliata nella stessa misura della produzione di energia solare. Con la biomassa si può ancora fare molto, soprattutto per quanto riguarda l’espansione del potenziale esistente.

L’agrofotovoltaico non può compensare lo svantaggio di uno scarso stoccaggio dell’energia. Rispetto alla biomassa, non esiste un bilancio ecologico positivo comparabile con lo stoccaggio dell’elettricità. In breve: la biomassa sarà sempre più economica per lo stoccaggio o lo stoccaggio dell’energia rispetto allo stoccaggio dell’elettricità, il che si riflette anche nell’equilibrio ecologico. L'equilibrio ecologico dell'accumulo di elettricità è buono solo se l'energia utilizzata nella produzione dell'accumulo di elettricità viene risparmiata nel processo di utilizzo.

La combinazione e l'espansione della funzionalità della biomassa con l'agrofotovoltaico si traducono in un consolidamento e in un aumento del potenziale nella produzione di elettricità agricola!

Grazie ai moduli solari trasparenti, le aree rurali con agricoltura attiva hanno a disposizione una fonte di energia ampliata ed economica. In altre parole, per aree che di fatto rappresentano terreno fertile e prezioso per l'agricoltura e non possono essere utilizzate per la produzione di energia elettrica fotovoltaica, come gli impianti open-space.

Attraverso la traslucenza dei moduli solari trasparenti è possibile generare elettricità e allo stesso tempo consentire la coltivazione e la coltivazione delle piante.

Diverso è il discorso per gli impianti detti anche impianti all'aperto, impianti all'aperto o parchi solari. Il presupposto per questi sistemi è che su queste superfici non sia possibile una gestione agricola redditizia. Si tratta di “aree svantaggiate” dove le difficili condizioni naturali di produzione dovute all’altitudine, alla pendenza, alle condizioni climatiche, all’accessibilità o alla scarsa qualità del suolo hanno maggiori probabilità di portare all’abbandono dell’agricoltura rispetto alle aree non svantaggiate. Le zone svantaggiate si dividono in zone montane, zone agricole svantaggiate e piccole zone.

Anche la qualità del suolo o la sua fertilità (punti del suolo) svolgono un ruolo importante in questo caso. Ciò include il numero comparativo agricolo (LVZ). Rappresenta la redditività agricola o orticola approssimativa di un'azienda agricola secondo il Farmland Valuation Act approvato il 16 ottobre 1934. I calcoli LVZ includono fattori come la fertilità del suolo, le condizioni generali del suolo, la qualità del suolo, le condizioni climatiche e l'irrigazione del suolo.

Se questi punti e le condizioni del terreno vengono valutati positivamente e il permesso per costruire un parco solare o un impianto fotovoltaico in campo aperto su questo terreno agricolo utilizzabile è quindi negativo, allora il fotovoltaico agricolo diventa interessante come misura ampliata e di potenziamento. Questa metodologia consente essenzialmente di utilizzare due volte la superficie agricola.

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

Adatto a:

• Sistemi Agri-PV / AgriPV: una grande opportunità con l’agrifotovoltaico per l’agricoltura e la transizione energetica

Livellando l’EEG, la Germania ha creato le condizioni affinché i sistemi AgriPV possano essere costruiti su un ampio fronte e anche le entrate possano essere compensate. Anche questo ripensamento è urgentemente necessario, poiché quante più aree possibile possono essere utilizzate per l’ulteriore espansione del fotovoltaico. Altrimenti, gli obiettivi di espansione solare fissati per la transizione energetica in Europa non potranno essere affatto raggiunti. Il duplice utilizzo dei terreni agricoli è un fattore essenziale affinché la Germania possa raggiungere l’auspicato quadruplicamento degli impianti fotovoltaici in soli 7 anni fino a 215 gigawatt entro il 2030. Negli ultimi 25 anni sono stati installati circa 54 GW.

Uno dei principali vantaggi dei sistemi AgriPV decentralizzati è che una parte significativa della loro resa elettrica viene spesso utilizzata localmente e la connessione alla rete generalmente non richiede la stessa espansione della rete come altri sistemi open-space. Si sono sviluppati due sistemi diversi.

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