Immagina di essere un agricoltore che lotta per tenere il passo con le richieste di produzione a causa del clima sempre più stressante. O forse sei un produttore di energia rinnovabile alle prese con il caldo e le condizioni meteorologiche drammatiche. Con l'aumento delle temperature, i pannelli solari si surriscaldano troppo per funzionare correttamente, e le colture richiedono più acqua, problemi aggravati dalla siccità e dalle condizioni climatiche.

Greg Barron-Gafford, professore associato presso l'Università dell'Arizona, mostra che la combinazione di questi due sistemi, l'infrastruttura di pannelli solari (fotovoltaici) e l'agricoltura, può creare una relazione reciprocamente vantaggiosa. Questa pratica di co-localizzare i due piantando colture all'ombra di pannelli solari è chiamata agrivoltaica.

"In un impianto agrivoltaico, "Barron-Gafford dice, "l'ambiente sotto i pannelli è molto più fresco d'estate e rimane più caldo d'inverno. Questo non solo riduce i tassi di evaporazione delle acque di irrigazione in estate, ma significa anche che le piante non si stressano così tanto." Le colture che crescono sotto uno stress da siccità inferiore richiedono meno acqua, e poiché non appassiscono facilmente a mezzogiorno a causa del caldo, sono in grado di fotosintetizzare più a lungo e crescere in modo più efficiente.

Nel sud-ovest degli Stati Uniti, c'è una sovrabbondanza di luce solare, e il mezzo principale per installare i pannelli solari è imballarli densamente in un sito. Lo studio di Barron-Gafford sui benefici dell'agrivoltaico non cambia tale densità, ma eleva semplicemente i pannelli in modo che le colture crescano quasi in piena ombra. "Cosa c'è di super interessante, " lui spiega, "è che possiamo ridurre circa il 75% della luce solare diretta che colpisce le piante, ma c'è ancora così tanta luce diffusa che fa sì che sotto i pannelli le piante crescano davvero bene."

Barron-Gafford e il suo team lavorano con gli agricoltori attraverso l'ufficio di estensione dell'università, così come con i colleghi delle fattorie comunitarie nell'area di Tucson, nella progettazione dei test plot. Le attuali sperimentazioni agrivoltaiche coprono circa 165 mq, ma nel prossimo anno verranno sviluppate installazioni più grandi nelle aziende agricole. Lavorano anche a stretto contatto con il National Renewable Energy Lab (NREL) del Dipartimento dell'Energia per lavorare verso la coerenza nello sviluppo di piani di installazioni di co-locazione.

Gli agricoltori aiutano anche i ricercatori a decidere sulle colture di prova. Ogni primavera e autunno coltivano fagioli, pomodori, e un paio di tipi di peperoni. Coltivano erbe e spezie di alto valore, mostrando i potenziali profitti aggiuntivi che possono derivare dalla selezione intenzionale di colture che altrimenti potrebbero non crescere bene in condizioni tipiche, ma che ora può crescere bene all'ombra dei pannelli solari.

Funzionano anche con verdure a foglia verde come lattughe, bietole, e cavolo, che sembrano crescere meglio in questo sistema. Le piante in ambienti molto luminosi tendono ad avere foglie più piccole, un adattamento per non catturare troppa luce solare e sopraffare il sistema di fotosintesi. Le piante in ambienti scarsamente illuminati sviluppano foglie più grandi per diffondere la clorofilla che cattura la luce e che consente alle piante di trasformare la luce in energia. I ricercatori stanno vedendo che nelle loro prove:le piante di basilico producono foglie più grandi, le foglie di cavolo sono più lunghe e larghe, e le foglie di bietola sono più grandi. Questa è la chiave per queste colture perché gli agricoltori raccolgono le parti frondose di queste piante.

Anche i pannelli solari stessi beneficiano della co-locazione. Nei luoghi in cui è superiore a 75 gradi Fahrenheit quando c'è il sole, i pannelli solari iniziano a funzionare male perché diventano troppo caldi. L'evaporazione dell'acqua dalle colture crea un raffreddamento localizzato, che riduce lo stress termico sui pannelli in testa e ne aumenta le prestazioni. In breve, è un vantaggio per tutti nel nesso cibo-acqua-energia.

Quando arriva il momento di raccogliere i raccolti, in realtà non è un grosso problema, spiega Barron-Gafford, poiché gli agricoltori possono utilizzare gran parte della stessa attrezzatura. "Abbiamo sollevato i pannelli in modo che fossero a circa 3 metri (10 piedi) da terra nella parte bassa in modo che i trattori tipici potessero accedere al sito. Questa è stata la prima cosa che gli agricoltori della zona hanno detto che avrebbe dovuto essere posizionata per loro di prendere in considerazione qualsiasi tipo di adozione di un sistema agrivoltaico."

Lo svantaggio principale di un impianto agrivoltaico è il costo dell'acciaio extra per elevare i pannelli, ma Barron-Gafford crede che l'aumento della resa dei prodotti alimentari e il risparmio di acqua compenserebbero questo investimento extra. "Penso che il motivo principale per cui più produttori non utilizzano ancora questo sistema sia la mancanza di consapevolezza o incertezza sul suo potenziale, " egli dichiara.

Ora, con l'evidenza dei benefici di questo rapporto tra agricoltura e fotovoltaico, il team è alla ricerca di modi ancora più efficienti di co-locazione. Ad esempio, vogliono sperimentare pannelli solari che possono essere spostati in posizioni completamente verticali, consentendo ai trattori di spostarsi tra le file di pannelli per raggiungere il terreno e le colture senza dover sollevare i pannelli.

Detto ciò, Barron-Gafford afferma che gli agricoltori non hanno bisogno di aspettare tali piani futuri per adottare questa pratica, e nemmeno le aziende solari. Per trarre profitto dall'agrivoltaico in questo momento, non devono fare altro che elevare gli alberi che reggono le file di pannelli.

"Fa parte di ciò che rende questo lavoro così eccitante, " Aggiunge, "un piccolo cambiamento nella pianificazione può portare un sacco di grandi benefici!"