Si prevede di soddisfare oltre il 30% della domanda elettrica globale entro il 2100, La tecnologia solare fotovoltaica (PV) ha inaugurato una nuova alba per le rinnovabili, energia sostenibile. Sebbene promettente, l'espansione della tecnologia energetica non è priva di sfide.

Le ampie modifiche paesaggistiche rese necessarie dall'installazione di pannelli solari fotovoltaici, Per esempio, possono avere impatti ambientali negativi, in particolare nel contesto del disturbo del suolo, che possono influenzare l'umidità del suolo e la distribuzione dei nutrienti all'interno del suolo e la sua capacità di ospitare la vegetazione autoctona. E questi spostamenti del suolo possono durare per la durata di 20-30 anni di un array e possibilmente estendersi molto oltre la rimozione dell'installazione.

In un articolo pubblicato di recente per Frontiere nelle scienze ambientali , Il ricercatore del National Renewable Energy Laboratory (NREL) Jordan Macknick e i colleghi della Temple University e dell'Università della California, Davis, ha esaminato più da vicino gli effetti degli array fotovoltaici sulle proprietà del suolo e se la rivegetazione può mitigare con successo gli impatti negativi derivanti dall'installazione e dalla costruzione di pannelli solari.

Rimedio con la reintroduzione

Per preparare un sito per l'installazione di pannelli solari, secondo le pratiche tradizionali, la vegetazione viene rimossa, la superficie del terreno è graduata, e il riempimento viene aggiunto e compattato. Gli studi hanno scoperto che la rimozione della vegetazione intorno e sotto gli array fotovoltaici può portare a una serie di problemi, dall'aumento del deflusso e dell'erosione del suolo all'aumento della temperatura dell'aria sugli array fotovoltaici. E questo potrebbe essere un problema crescente:entro il 2050, lo spiegamento globale dell'energia solare potrebbe richiedere circa 25 milioni di ettari di terra, terra che subirà modifiche che avranno un impatto sul suo aspetto fisico, chimico, e proprietà biologiche.

È stata condotta una serie di ricerche per migliorare la compatibilità ambientale dei progetti solari attraverso temi come la co-ubicazione degli array e l'agricoltura (nota come "agrivoltaica"), così come il deflusso e gli impatti microclimatici negli impianti fotovoltaici. NREL ha studiato il successo della rivegetazione sui siti solari, ma gli effetti della reintroduzione della vegetazione autoctona sulle proprietà del suolo in tali siti non sono stati ampiamente studiati o considerati.

Per valutare gli impatti sulla superficie terrestre dell'utilizzo del fotovoltaico, oltre a informare le future linee guida per la conservazione del sito, il team di ricerca ha completato una serie di indagini sul campo di array fotovoltaici e strategie di co-locazione sulle proprietà del suolo.

Sporcarsi le mani

Per capire se la rivegetazione di un sito FV può restituire le proprietà del suolo a quelle di un pezzo di terra indisturbato, il team di ricerca ha confrontato le proprietà del suolo in un sito fotovoltaico che era stato rivegetato con erbe autoctone a quelle di un sito adiacente indisturbato.

Campioni di suolo e misurazioni sul campo sono stati raccolti lungo tre transetti, un percorso predeterminato in cui i dati vengono raccolti a intervalli regolari, nell'area rivegetata del sito FV, nonché da un quarto transetto nell'adiacente prateria indisturbata (terreno di riferimento).

Il team ha effettuato misurazioni e campionamenti del suolo in quattro punti su ciascun transetto:sotto il bordo est di ciascun pannello solare, sotto il centro del pannello, sotto il bordo ovest del pannello, e nello spazio scoperto adiacente a ciascun pannello. Ogni transetto ha rappresentato 16 posizioni di campionamento, 48 in totale nei 4 transetti.

I campioni di campo sono stati analizzati, confrontando una gamma di proprietà dai campioni del sito rivegetato a quelli del sito indisturbato:

Umidità del suolo

L'umidità è risultata maggiore nel sito del solare fotovoltaico. I ricercatori ritengono che ciò possa essere attribuito all'ombreggiamento e al riparo dal vento forniti dall'array.

Hanno anche scoperto che gli array fotovoltaici possono aumentare l'eterogeneità nella distribuzione dell'umidità, in particolare lungo i bordi bassi dei pannelli. Ciò potrebbe avere implicazioni per l'agricoltura co-localizzata, soprattutto nei climi aridi.

Conducibilità idraulica e granulometria

I ricercatori hanno scoperto che, mentre non sono state riscontrate differenze misurabili nella distribuzione granulometrica tra il sito solare FV e i terreni di riferimento, hanno scoperto che la conducibilità idraulica, o la capacità del suolo di drenare l'acqua, è stata elevata nell'area direttamente sotto i pannelli solari. Ciò potrebbe essere attribuito alla riduzione dei disturbi legati alla manutenzione del sito:il suolo indisturbato è meno compattato e, così, è più efficace nel drenare l'umidità.

Carbonio e azoto

I ricercatori hanno osservato concentrazioni sostanzialmente inferiori dei livelli totali di carbonio e azoto nel suolo solare fotovoltaico rispetto al suolo di riferimento, probabilmente causato dalla rimozione del terriccio durante la costruzione degli array. La ricerca ha suggerito che 7 anni dopo la costruzione del sito FV, il ciclo dei nutrienti non si era ancora ristabilito né il suolo era in grado di sequestrare carbonio come potrebbe farlo il suolo nativo. È necessaria una ricerca a lungo termine per comprendere gli impatti su scala decennale.

Simbiosi energia e agricoltura

Globale, l'eterogeneità era un tema comune dei risultati, da spaziale a ambientale; però, i ricercatori hanno scoperto che non era una proposta del tutto problematica.

La presenza degli array ha causato eterogeneità spaziale nell'umidità del suolo, il che significa che i pannelli solari hanno portato a zone concentrate di umidità nel terreno sotto i pannelli a causa della loro posizione e orientamento. E mentre le proprietà del suolo trovate nei campioni della matrice differiscono da quelle nella trama nativa, i ricercatori hanno scoperto che i pannelli potrebbero essere orientati strategicamente per guidare la pioggia verso o lontano dal suolo sottostante, soddisfare le esigenze irrigue di diverse tipologie di piante.

Inoltre, perché il terreno non compattato sotto i pannelli gli ha permesso di drenare rapidamente l'umidità, potrebbe servire come spazio di crescita adatto per resistenti alla siccità, colture co-localizzate.

A key takeaway from this research is that solar panels could be used to redistribute precipitation, with positive implications for co-location of agricultural crops. To best exploit the moisture-controlling capabilities of the PV panels, installers must understand the timing and direction of rainfall to produce the desired soil moisture effects.