Agrivoltaico per Unire le Fattorie “Reali” con le Fattorie Solari

Terreni Solari?

Solar sta rapidamente diventando una fonte energetica importante. Il mercato dell’energia solare è cresciuto enormemente negli ultimi anni e si prevede che continui a crescere del 15,4 % CAGR negli Stati Uniti fino al 2030.

Fonte: Grand View Research

L’adozione dell’energia solare in Occidente è in realtà piccola rispetto alla crescita globale, con la Cina in prima linea, poiché è responsabile di più progetti solari rispetto al resto del mondo combinato.

La Cina ha aumentato la sua capacità di energia rinnovabile anno dopo anno, installando più energia solare tra il 2023 e il 2024 rispetto ai tre anni precedenti messi insieme, e più della capacità totale installata a livello globale nel 2023.

Ciò ha messo il gigante asiatico sulla buona strada per raggiungere una capacità installata di eolico e solare di 1 200 GW entro la fine dell’anno, sei anni in anticipo rispetto all’obiettivo governativo.

Fonte: Energy Wind Down Media

Questo ha spinto importanti pubblicazioni come The Economist a definirlo letteralmente una nuova era. Abbiamo esplorato quale nuova tecnologia lo renderà realtà in “The Solar Age – A Bright Future To Mankind”.

Fonte: The Economist

Il progresso nella produzione di semiconduttori e una crescente economia di scala nella produzione di pannelli solari hanno portato a un costante calo dei costi fotovoltaici, che sono diventati 30 volte più economici rispetto al 1990. Di conseguenza, la tecnologia fotovoltaica domina ora l’industria solare.

Fonte: EIA

Tuttavia, l’energia solare sta iniziando a incontrare un problema. Questo perché il solare ha una densità energetica relativamente bassa se si considera l’uso del suolo.

Infatti, è una delle fonti energetiche meno efficienti in termini di utilizzo del territorio, con solo il vento, l’energia idroelettrica e la biomassa a neutralità carbonica pari o peggiore.

Fonte: Wouter Beel Gravendeel

Ciò porta a situazioni in cui terreni agricoli o habitat naturali vengono coperti da pannelli solari per fattorie solari su larga scala. Quindi, sebbene ciò riduca le emissioni di carbonio, comporta molti effetti collaterali indesiderati, dalla distruzione di habitat naturali al rischio di erosione, soprattutto nelle zone montuose.

Ad esempio, nella provincia di Fujian in Cina, è possibile vedere l’intera catena di colline ricoperta da pannelli solari.

Fonte: The Atlantic

Carenza di Terreni Agricoli

Questo è un problema in crescita, poiché ogni anno perdiamo già una grande quantità di terreni agricoli, fino a 100 milioni di ettari all’anno. Il fattore più grande di queste perdite non sono le fattorie solari, ma l’erosione, la desertificazione, l’urbanizzazione, pratiche agricole scadenti, ecc.

Tuttavia, ciò non significa che la soluzione a un problema (le emissioni di carbonio) debba diventare un problema per un’altra questione importante (la perdita di terreni agricoli).

Alcune soluzioni sono ovvie, come l’utilizzo dei tetti, soprattutto di edifici industriali, ma anche residenziali. L’uso di terreni desertici può essere un’altra opzione, ma anche questi sono ecosistemi fragili, e rimuovere la polvere consuma molte risorse idriche locali rare.

Queste possono far parte della soluzione, ma affinché il solare sostituisca completamente i combustibili fossili, dovrà continuare a crescere a tassi a doppia cifra per decenni. E l’uso del suolo diventerà un problema.

Quindi, la soluzione migliore sarebbe mescolare produzione agricola e produzione di energia, usando un metodo chiamato agrivoltaico (agricoltura + fotovoltaico).

Fonte: Dezeen

Edifici Agricoli

Il modo più semplice per integrare l’energia solare nelle fattorie sarebbe prima sfruttare le notevolmente ampie superfici dei tetti degli edifici agricoli. Dai depositi di fieno ai garage e ai fienili, molti edifici agricoli hanno tetti alti, grandi e uniformi, perfetti per l’installazione di pannelli solari.

Fonte: X/Twitter

Anche se forse non è tecnicamente agrivoltaico, questo è un primo passo che sarebbe dovuto essere fatto ieri.

Questo dovrebbe anche essere un componente chiave nel passare l’agricoltura dai combustibili fossili attraverso alcune iniziative complementari che saranno comunque necessarie per altre forme di agrivoltaico:

• Elettrificazione di trattori e macchinari agricoli.
  • Ciò dipenderà molto da batterie migliori, poiché trattori troppo pesanti o non sufficientemente autonomi renderebbero l’opzione non economicamente sostenibile.
  • Potrebbe anche essere realizzato attraverso una maggiore adozione di robot agricoli, un tema che abbiamo esplorato in “Investors Should Take Note: Robotics Is Taking Over Farming”.
• Stoccaggio energetico a basso costo per immagazzinare l’energia necessaria nei giorni senza sole o in inverno.
  • Questo può essere realizzato soprattutto con batterie termiche, che potrebbero essere usate per immagazzinare energia solare e mantenere calde le strutture agricole come i rifugi per animali invernali.
• Reti elettriche più decentralizzate e robuste, per poter immettere nella rete la produzione realizzata nelle fattorie remote.
• Finanziamento adeguato, poiché le fattorie hanno già margini bassi e alti investimenti di capitale; la maggior parte degli agricoltori sarà riluttante a investire se i tassi d’interesse sono troppo alti.
  • Anche la tariffazione del carbonio potrebbe giocare un ruolo, consentendo agli agricoltori di ridurre le proprie emissioni con i pannelli solari.

Energia per l’Agricoltura

Il problema principale nel mescolare agricoltura e generazione di energia solare è che, in teoria, entrambi competono per la stessa risorsa: la luce solare.

La luce solare è, dopotutto, la fonte energetica delle piante coltivate, siano esse colture o erba da pascolo. In un certo senso, l’agricoltura sta già “catturando” energia solare, sebbene sotto forma di biomassa commestibile anziché di elettricità.

Quindi a prima vista potrebbe sembrare un sogno irrealizzabile. Ma scavando più a fondo, la questione è più complessa del semplice “le piante hanno bisogno del sole, ma i pannelli lo tolgono”.

Fotoinibizione

Sebbene sia una semplificazione comoda, la fotosintesi delle piante può essere spiegata come uno schema semplice tipo

“Luce in ingresso, acqua e CO₂ → zuccheri in uscita”, ma il processo è in realtà molto complesso.

Un fenomeno che si verifica molto spesso in condizioni di campo aperto è la fotoinibizione.

Questo accade quando la luce solare è troppo intensa per la pianta, provocando la produzione di molecole radicali ossidanti dannose. Ciò danneggia la capacità fotosintetica della pianta e riduce i rendimenti delle colture.

Fonte: Frontiers In Plant Science

Ciò significa che nella maggior parte delle giornate estive, specialmente a latitudini meridionali, la luce solare è troppo forte e dannosa per le colture. Significa anche che gran parte dell’energia della luce solare viene “sprecata” e non catturata dalla coltura.

In questo contesto, pannelli solari opportunamente distanziati forniranno ombra benefica, soprattutto durante le ore di picco di luce solare.

Ridurre l’Uso d’Acqua

L’ombra aggiuntiva dovrebbe anche limitare il calore a livello del suolo, poiché il calore estremo danneggia i rendimenti delle colture. Inoltre può ridurre complessivamente le necessità di irrigazione.

In alcuni casi, il pannello solare può persino essere una fonte di irrigazione. Questo è dovuto alla tendenza dei pannelli a condensare l’acqua dalla rugiada mattutina e a “piovvere” sotto di loro.

Questo effetto potrebbe essere ancora più potente se si utilizzasse un idrogel assorbente d’acqua sotto i pannelli fotovoltaici. Questo utilizza solo il calore di scarto del pannello, non la luce impiegata per produrre elettricità.

Durante la notte, il materiale raccoglie molecole d’acqua. Ma durante il giorno, quando il sole riscalda il pannello solare, le molecole d’acqua evaporano e portano via anche l’eccesso di energia termica.

Industry Tap

Raffreddare i Pannelli Solari

I pannelli solari possono aiutare a schermare le piante dalla luce eccessiva e a raffreddarle, riducendo la necessità d’acqua.

Tuttavia, le piante in campo possono anche migliorare l’efficienza dei pannelli solari. Questo perché anche i pannelli solari soffrono di eccessiva luce solare. La temperatura ottimale per un pannello è intorno a 25 °C (77 °F). Per ogni grado Celsius sopra, l’efficienza di un pannello solare tipicamente diminuisce dallo 0,3 % allo 0,5 %.

Questo è spesso un problema per le fattorie solari in aree desertiche calde, dove temperature superiori a 40‑45 °C possono seriamente compromettere la redditività del progetto.

Evaporando costantemente acqua e creando una copertura umida del suolo, le colture raffreddano i primi metri d’aria sopra il terreno. Questo può raffreddare i pannelli solari e aumentare il rendimento di diversi punti percentuali, soprattutto nei giorni più caldi dell’estate.

Integrare Allevamento & Energia Solare

Nelle aree non desertiche, un problema comune per gli operatori di fattorie solari è la necessità di controllare la crescita dell’erba, altrimenti l’erba ombreggia i pannelli.

Questo è solitamente gestito assumendo personale per far funzionare i tosaerba. E ironicamente, più spesso di quanto si pensi, questi tosaerba sono alimentati a combustibile.

Un’alternativa è integrare la fattoria solare con animali da pascolo come pecore, oche o mucche. Invece di tagliare l’erba con carburante, essa viene mangiata e trasformata organicamente in latte, lana, carne e cuoio.

Ciò richiede un po’ di progettazione dedicata, poiché l’operatore dovrà assicurarsi che gli animali non mordano i cavi o danneggino i pannelli. Ma in generale, gli animali potranno raggiungere perfettamente l’erba in ogni angolo, generando al contempo un reddito dal terreno, invece di dover pagare uno stipendio a un tecnico di manutenzione.

Come bonus extra, i pannelli forniranno anche agli animali riparo dal sole e dalla pioggia.

Fonte: Rated Power

Supporto per le Viti

Un possibile design, ancora in fase di esplorazione, è utilizzare la struttura dei pannelli solari come supporto per piante come viti e uve.

Questo può ridurre il lavoro necessario per installare il vigneto, poiché l’armatura dei pannelli ha una doppia funzione ed è molto robusta. Fornirà anche lo stesso beneficio in termini di ombra, riducendo le necessità di irrigazione, ecc.

Fonte: Vinetur

Per ora, questo “vitivoltaico” (viticoltura + fotovoltaico) è ancora un’idea relativamente sperimentale, soprattutto perché potrebbe influenzare il gusto del vino risultante. E nella vinificazione, ci vogliono molti anni per valutare pienamente i benefici e le limitazioni.

Tuttavia, ci sono molti test in corso con primi risultati promettenti, ad esempio in Germania, Francia, Italia, e Spagna.

Pannelli Bifacciali Verticali

L’agrivoltaico potrebbe beneficiare delle innovazioni nella tecnologia solare. Una di queste sono i pannelli bifacciali.

Essi sono progettati per produrre energia dalla luce che arriva sia dal fronte sia dal retro del pannello. Questo può aumentare complessivamente il loro rendimento energetico.

Può anche consentire nuovi tipi di installazione, ad esempio posizionando i pannelli verticalmente, su un asse Est‑Ovest.

Tali installazioni possono avere molti vantaggi:

• In molti climi, il Sole a mezzogiorno “satura” la capacità del pannello di assorbire luce, riducendo l’interesse di puntare verso sud.
• Una migliore circolazione dell’aria riduce la temperatura del pannello, limitando la perdita di rendimento per surriscaldamento.
• I pannelli possono assorbire luce riflessa, ad esempio da campi innevati.
• La neve è meno probabile che copra il pannello.
• L’asse Est‑Ovest massimizza la produzione al mattino e alla sera, quando la domanda di energia è più alta e la produzione solare “manca”.

Fonte: Wikipedia

Quando vengono integrati nell’agrivoltaico, i pannelli bifacciali installati verticalmente potrebbero essere molto più facili da inserire nelle file tradizionali di colture, senza interferire con l’aratura, lo sterpaggio e la coltivazione effettuata da grandi trattori.

Solare Galleggiante

Le fattorie solari galleggianti sono state discusse come alternativa alle fattorie solari terrestri, poiché grandi corpi d’acqua come stagni e laghi sono generalmente meno preziosi e produttivi rispetto ai terreni agricoli.

Qui, anche i pannelli solari potrebbero essere mescolati con la produzione alimentare o, più specificamente, con l’acquacoltura.

Fonte: Global Sea Food Alliance

Nella maggior parte dei sistemi di acquacoltura, i pesci sono alimentati con cibo prodotto altrove, rendendo la produzione di alghe in acqua (da luce solare) poco importante o addirittura netta negativa.

Questo potrebbe anche fornire alla fattoria di pesci una seconda fonte di reddito.

Nulla è Perfetto

Nonostante i numerosi vantaggi, le installazioni agrivoltaiche dovranno affrontare alcune problematiche probabilmente intrattabili.

Complessità

Poiché fondono due sistemi relativamente complessi, i progetti agrivoltaici sono più difficili da creare e implementare:

• È necessario trovare il giusto compromesso tra la luce solare necessaria alle colture e la disposizione più densa possibile dei pannelli solari.
• È necessario mantenere spazio per la circolazione di attrezzature agricole spesso grandi e pesanti.
• Gli agricoltori devono essere formati sul potenziale della tecnologia e accompagnati nel processo di conversione dei campi alle tecniche agrivoltaiche.

Perdita di Produttività

Nonostante le numerose sinergie potenziali, è probabile che l’agrivoltaico porti a rendimenti agricoli più bassi e a rendimenti fotovoltaici inferiori per metro quadrato.

Il rendimento totale potrebbe comunque essere maggiore rispetto a una superficie divisa tra un solo uso.

Tuttavia, ciò può causare problemi come l’aumento dei costi di collegamento del pannello a una superficie più ampia o limitare l’efficienza di spruzzatura di pesticidi e fertilizzanti.

La complessità aggiuntiva può anche generare compiti più complessi, che possono richiedere ore di lavoro extra e ridurre l’efficienza economica complessiva del programma.

Conclusione

L’agrivoltaico è una direzione probabile che le grandi fattorie solari prenderanno, soprattutto in regioni con terreni agricoli da preservare per la produzione alimentare.

Tuttavia, ci vorrà tempo, poiché gli esperti dovranno ottimizzare il design, formare installatori solari, convincere gli agricoltori e rendere disponibili i finanziamenti, ecc.

Lo scenario più probabile è l’adozione da parte di primi innovatori, mentre lunghe file di pannelli bifacciali verticali elevati vengono integrate con sforzo minimo nelle fattorie tradizionali.

Nel lungo periodo, potrebbe diventare una vista molto più comune, soprattutto se combinata con una flotta di piccoli robot.

Essi utilizzeranno l’elettricità di questi pannelli per piantare e monitorare le colture, controllare le erbe infestanti con laser, raccogliere frutti, ecc.

Fonte: Advanced.farm

Investire nell’Agrivoltaico

L’agrivoltaico è ancora, per ora, un campo relativamente emergente, con la maggior parte dei professionisti del solare che stanno appena iniziando ad adattarsi al suo potenziale.

Quindi, al momento, le fattorie solari sono per lo più in competizione con l’agricoltura per il suolo. Ma in futuro, i più di 500 milioni di agricoltori del mondo potrebbero fornire al resto della popolazione globale non solo il cibo, ma anche l’energia.

Puoi investire in società solari tramite molti broker, e qui trovi, su securities.io, le nostre raccomandazioni per i migliori broker negli Stati Uniti, Canada, Australia, Regno Unito, e molti altri paesi.

Se non sei interessato a scegliere specifiche società solari, puoi anche considerare ETF come Global X Solar ETF (RAYS), Invesco Solar ETF (TAN), o Global X China Clean Energy ETF (2809.HK), che offrono un’esposizione più diversificata per capitalizzare sul settore solare e delle energie pulite.

Puoi anche leggere il nostro articolo su “Top 10 Solar Power Stocks to Invest In”.

Società Solari

1. Daqo New Energy Corp.

Questa azienda cinese è una delle leader mondiali nella produzione di polisilicona, il componente centrale per la fabbricazione dei pannelli solari. Questo rende Daqo uno dei pilastri fondatori del dominio cinese sul settore della produzione solare.

L’azienda ha aumentato la sua capacità produttiva molto rapidamente, più di 8 volte dal 2019.

Fonte: Daqo

La posizione di Daqo al centro della catena di fornitura dei pannelli solari le ha permesso di beneficiare notevolmente della crescita del settore, con ricavi passati da 0,68 miliardi di dollari nel 2020 a 4,6 miliardi nel 2022. Dopo un picco nel 2022, i prezzi della polisilicona si sono raffreddati, facendo crollare il prezzo delle azioni dal picco del 2021.

La comunicazione e il sito web dell’azienda sono un po’ scarsi, ma non è fuori dal comune per una società B2B industriale, più focalizzata sulla propria immagine all’interno del settore che sul grande pubblico o sugli investitori esteri.

Le azioni sono state scambiate a valutazioni molto basse rispetto a P/E o cash flow. Questo è in parte dovuto a controversie, con l’azienda collegata all’uso di lavoro forzato nello Xinjiang e discussioni a Washington DC su ulteriori sanzioni contro le società operanti nella regione.

Gli investitori dovrebbero essere consapevoli che le azioni Daqo comportano un reale rischio geopolitico e un grande potenziale finanziario grazie alle loro valutazioni basse.

2. JinkoSolar Holding Co., Ltd.

Jinko è uno dei più grandi produttori di pannelli solari al mondo, con sede principalmente in Cina. Per evitare dazi, l’azienda sta diversificando la sua base produttiva, con la produzione di wafer di silicio in Vietnam e la produzione di celle solari in Malesia e negli Stati Uniti.

Fonte: Jinko Solar

In ogni caso, l’azienda non è eccessivamente esposta ai mercati occidentali, con la Cina, l’Asia Pacifica (APAC) e i mercati emergenti che costituiscono la maggior parte del business.

Fonte: Jinko Solar

Jinko ha consegnato 230 GW di celle solari nella sua storia e 20 GW nel primo trimestre 2024, rispetto ai 14,5 GW di un anno prima.

Questo rende Jinko il numero 1 nell’industria fotovoltaica.

La cella solare più avanzata di Jinko, la N‑type, raggiunge un’efficienza energetica notevolmente alta del 25,8 %. Offre anche pannelli bifacciali.

Nel 2023, la N‑type ha rappresentato la maggior parte delle vendite di Jinko, coprendo l’80 % di tutte le spedizioni, con una capacità aggiuntiva di 56 GW prevista per raggiungere la piena operatività entro la fine del 2024, per arrivare al 90 % delle consegne entro la fine dell’anno.

La capacità produttiva totale dovrebbe raggiungere 120‑130 GW, quasi la metà della produzione cumulativa dell’intera storia dell’azienda.

Per rendere più verde il profilo del suo prodotto, Jinko Solar ha anche lanciato NeoGreen, il primo pannello solare N‑type prodotto interamente con energia rinnovabile (invece del carbone comunemente usato in Cina).

La crescita ultra‑aggressiva di Jinko nella capacità produttiva riflette la fiducia dell’azienda nella sua tecnologia N‑type e l’ambizione di conquistare i mercati di esportazione di Asia, Africa e Sud America. E la prospettiva complessiva del solare di prendere il controllo dei sistemi energetici mondiali.