Agrivoltaic potential analysis through water-energy-food nexus approach

Climate change is already affecting every region across the globe, increasing the risk of conflicts for natural resources. Energy and food systems are striving to meet their rising demands without exceeding planetary boundaries. Exploring the interconnections between these sectors in a Water, Energy, Food (WEF) Nexus framework, can help in relaxing land use constraints and mitigating water scarcity issues, enhancing sustainability in a holistic approach. This work analyses the role of agrivoltaic in non-irrigated areas around the globe, to promote an effective coexistence of crops and photovoltaic systems. To this end, a geo-spatial analysis is performed to investigate the current ground-mounted PV power plant land use. After that, a fine resolution water-crop modelling is developed to study agriculture potentiality in a context with reduced solar irradiation availability. Results show a high potentiality for agrivoltaic implementation in non-irrigated areas, with a reduction in evapotranspiration water needs. Several crops present satisfying yields under agrivoltaic configuration, sometimes with productions even higher than traditional farming. This work delivers global data on rainfed agrivoltaic feasibility, with the aim of supporting decision-making processes to promote sustainable development.

I cambiamenti climatici colpiscono ogni regione del mondo, aumentando il rischio di conflitti per le risorse naturali. Allo stesso tempo, i sistemi energetico e alimentare si trovano a dover soddisfare domande crescenti di energia e cibo, rispettando i limiti del pianeta. Esplorare le interconnessioni tra questi settori in un quadro di Nesso Acqua-Energia-Cibo, può aiutare ad allentare i vincoli sull'uso del suolo e a mitigare i problemi di scarsità idrica, promuovendo la sostenibilità in una visione olistica. Questo lavoro analizza il ruolo dell'agrivoltaico nelle aree agricole non irrigate di tutto il mondo, con lo scopo di facilitare un'efficace coesistenza di colture e sistemi fotovoltaici. A tal fine, viene eseguita un'analisi geo-spaziale per identificare potenziali conflitti di uso del suolo tra impianti fotovoltaici montati a terra e vincoli socio-ambientali tra cui la necessità di produzione agricola. Inoltre, viene sviluppato un modello agro-idrologico a fine risoluzione preposto all’analisi delle potenzialità dell'agricoltura in un contesto di ridotta disponibilità di irraggiamento solare dovuta alla presenza di pannelli fotovoltaici. I risultati mostrano un alto potenziale per l'implementazione di sistemi agrivoltaici in aree non irrigate, con una riduzione del fabbisogno idrico per evapotraspirazione. Diverse colture presentano rendimenti soddisfacenti se coltivate con agrivoltaico, a volte con produzioni anche superiori rispetto all'agricoltura tradizionale. Questo lavoro fornisce dati globali sulla fattibilità dell’implementazione di sistemi agrivoltaici non irrigati, con l'obiettivo di sostenere i processi decisionali per promuovere uno sviluppo sostenibile anche a scala regionale e locale.