La sicurezza alimentare e quella energetica non devono necessariamente essere obiettivi concorrenti, un approccio integrato può aumentare la resilienza sia dei sistemi alimentari che di quelli energetici.
In tutto il mondo, i cambiamenti climatici stanno mettendo a dura prova la tenuta sia del comparto agricolo che di quello energetico. L'innalzamento delle temperature atmosferiche sta influendo sulla durata della stagione vegetativa in ampie aree del mondo, ad esempio i cereali maturano e vengono raccolti con diversi giorni di anticipo rispetto al passato; le ondate di calore estremo e la riduzione delle precipitazioni e della disponibilità di acqua stanno mettendo in crisi la produttività agricola; i cambiamenti delle temperature e delle stagioni vegetative stanno favorendo la proliferazione e diffusione di alcune specie, quali gli insetti, o di erbe infestanti e malattie che influiscono pesantemente sulla produzione agricola. E il settore energetico non se la passa meglio. I cambiamenti al ciclo dell'acqua influiscono sul normale funzionamento delle centrali idroelettriche; le evoluzioni delle condizioni meteorologiche possono influenzare l'approvvigionamento energetico da fonti rinnovabili, in particolare dalla fonte solare ed eolica; in estate, le temperature più elevate causano un incremento nella domanda energetica per il raffreddamento che mette a dura prova tutto il sistema energetico, dalla generazione alla distribuzione; l'aumento costante della temperatura globale può causare una perdita di efficienza degli impianti solari fotovoltaici.
Sono in corso in tutto il mondo numerosi studi per mettere a punto soluzioni tecnologiche e strategie per accrescere la resilienza di questi due settori. Alcuni di questi studi hanno messo in evidenza che la combinazione di due pratiche - agricoltura e generazione di energia tramite la tecnologia fotovoltaica - già adottata da qualche decennio e nota come agrovoltaico, è una strategia efficace.
Il termine agrovoltaico è un neologismo derivato dall'unione delle parole “agricoltura” e “fotovoltaico” proprio per indicare l’unione di queste due attività, quella agricola e quella di generazione di energia mediante la tecnologia del fotovoltaico. L’agrovoltaico è una pratica che consiste nell’utilizzare la stessa superficie di terra sia per la coltivazione agricola che per la produzione di energia tramite la tecnologia solare fotovoltaica. L’idea nasce dal fatto che per eseguire la fotosintesi le piante non sfruttano tutto lo spettro della radiazione solare incidente, e inoltre possono assorbire solo una quantità limitata di energia (saturazione della luce), per cui tutta l’energia di cui non hanno bisogno può essere sfruttata per altre attività, come appunto la conversione fotovoltaica. In pratica, si cerca di sfruttare in maniera più efficiente la radiazione solare che arriva su una superficie di terra.
Un sistema agrovoltaico è un sistema composto allora da un seminativo coltivato e da un impianto solare fotovoltaico che può essere installato al di sopra di esso, oppure tra le colture, oppure sull’eventuale serra che lo protegge.
I pannelli solari fotovoltaici possono avere un orientamento(inclinazione + azimut) fisso oppure regolabile, manualmente o da remoto tramite un sistema servo-meccanico centralizzato, in modo da gestire l'ombreggiatura sul seminativo sottostante, in base alla stagione o alla fase di sviluppo delle colture, e la generazione di energia elettrica.
I dati finora raccolti da simulazioni e sistemi agrovoltaici operativi mostrano che rispetto a molte coltivazioni tradizionali nei sistemi agrovoltaici:
- la produzione agricola è maggiore;
- durante l'irrigazione, l'umidità del suolo rimane circa il 15% maggiore;
- durante l'irrigazione quotidiana, l'umidità del suolo rimane del 5% maggiore prima della successiva irrigazione;
Inoltre, la riduzione dell'esposizione diretta alla luce solare al di sotto dei pannelli fotovoltaici genera localmente temperature dell'aria più fredde durante il giorno e più calde di notte, permettendo:
- alle piante di trattenere più umidità rispetto alle colture che crescono nelle aree di coltivazione a cielo aperto;
- ai pannelli fotovoltaici di essere più freddi durante le ore diurne di circa 9 °C rispetto al tradizionale array di pannelli a terra.
Da questi primi risultati si evince che l'utilizzo congiunto di “fotovoltaico” e “agricoltura” offre risultati vantaggiosi per entrambi i settori: aumento della produzione agricola, riduzione del consumo di acqua e miglioramento dell'efficienza di conversione dei generatori solari fotovoltaici. L'adozione quindi di tali percorsi sinergici può aiutare a costruire sistemi di produzione agricola e di generazione di energia più resilienti, che è fondamentale per affrontare meglio le sfide imposte dai cambiamenti climatici.
Tuttavia, l'agrovoltaico ha i suoi limiti. Non tutte le colture agricole possono essere coltivate nei sistemi agrovoltaici: ci sono colture che non tollerano una scarsa illuminazione, come ad esempio il grano. Inoltre, in base alle colture scelte e agli obiettivi di produzione sia agricola che energetica, è necessario determinare la giusta configurazione di funzionamento dell'impianto fotovoltaico (orientamento dei pannelli solari, altezza dal suolo dei pannelli solari, distanza tra le schiere di pannelli, ecc..), e questo richiede competenze tecniche avanzate nonché tecnologie costose.