Integrated and sustainable approach for the design of a photovoltaic power plant: benefits analysis compared to the classic method

The present study aims to develop an Integrated and Sustainable approach, also known as Holistic, to the design of large-scale photovoltaic plants, illustrating its operational advantages over traditional methods. The design principles of the Holistic method have been systematically structured and made easily replicable based on engineering insights into optimizing plant layouts. This approach seeks to simplify the complexity of photovoltaic installations while promoting sustainability and reducing the environmental footprint through harmonious integration with the surrounding environment. The benefits of the developed method are demonstrated through its application to a case study in the Tuscan-Emilian Apennines, with results compared to those obtained using the Classic method. In evaluating the advantages of the Integrated and Sustainable approach were thoroughly analyzed aspects such as system complexity, landscape mitigation, associated costs, environmental impact, productivity, performance and economic profitability of the two plant configurations. The findings reveal that the Integrated and Sustainable approach offers significant advantages in terms of plant layout constructability, significantly reducing the material requirements and civil works, resulting in a 23.7% cost saving on Balance of System-related expenses. The economic analysis indicated a 3% reduction in initial investment costs for the Holistic layout, given the same installed capacity. Despite a lower annual energy output, the Integrated and Sustainable configuration proves to be more profitable, improving the plant's long-term profitability. Additionally, this method allows for better integration of the solar plant with the natural landscape and reduces carbon emissions over the plant's lifecycle by 4%, highlighting a reduced environmental impact. These results demonstrate that the application of the Integrated and Sustainable approach in the design of large-scale photovoltaic plants enhances economic and operational efficiency, while also actively contributing to environmental protection.

Il presente studio si propone di sviluppare un approccio Integrato e Sostenibile, noto anche come Olistico, nella progettazione di impianti fotovoltaici su scala industriale, evidenziandone i vantaggi operativi rispetto all’approccio tradizionalmente adottato. I criteri progettuali del metodo Olistico sono stati schematizzati e resi facilmente replicabili a partire da osservazioni ingegneristiche relative all’ottimizzazione del layout impiantistico, con lo scopo di diminuire la complessità dell’installazione fotovoltaica e, al contempo, favorire la sostenibilità e ridurre l’impronta ambientale tramite un’integrazione armoniosa con l’ambiente circostante. I benefici del metodo sviluppato sono stati illustrati tramite l’applicazione a un caso studio situato nell’appennino Tosco-Emiliano, comparandone i risultati con quelli ottenuti utilizzando il metodo Classico. Nella valutazione dei vantaggi derivanti dall’applicazione dell’approccio Integrato e Sostenibile sono stati considerati aspetti quali la complessità impiantistica e le mitigazioni paesaggistiche, i costi associati, l’impatto ambientale, la produttività, il rendimento e la redditività economica delle due configurazioni di impianto, tramite dettagliate analisi. I risultati ottenuti rivelano che l’approccio Integrato e Sostenibile offre notevoli vantaggi in termini di costruibilità del layout di impianto, diminuendo significativamente la richiesta di materiali e di opere civili, con un risparmio economico del 23.7% sui costi relativi al Balance of System. L’analisi economica ha evidenziato un risparmio del 3% sul costo di investimento iniziale a parità di potenza installata per il layout Olistico. Nonostante una minore produzione energetica annuale, la configurazione Integrata e Sostenibile risulta essere maggiormente redditizia, generando una maggiore profittabilità dell’impianto lungo la sua vita utile. Inoltre, il metodo presentato permette una migliore integrazione dell’impianto solare con il paesaggio naturale e riduce le emissioni di carbonio lungo la vita utile dell’impianto del 4%, evidenziando un ridotto impatto sull’ambiente. Tali risultati dimostrano come l’applicazione dell’approccio Integrato e Sostenibile nella progettazione di impianti solari di grandi dimensioni migliori l’efficienza economica e operativa, oltre a contribuire attivamente alla tutela ambientale.