Multi-Criteria Optimization and Assessment of Agrivoltaic Systems

Agrivoltaic (APV) systems enable simultaneous food and electricity production, addressing the conflict between renewable energy expansion and agricultural land preservation. This thesis investigates three interconnected research areas within the European context. The first study develops a techno-economic optimization framework for integrating bifacial APV systems (vertical, single-axis, and dual-axis tracking) with anaerobic digestion infrastructure for biomethane production, employing a multi-objective genetic algorithm coupled with the technique for order preference by similarity to ideal solution for a case study in Piacenza, Italy. The second study conducts life cycle assessment benchmarking of four bifacial APV configurations across diverse European climatic conditions. The third study performs cross-validation of commercial and in-house developed energy simulation platforms for advanced dual-axis bifacial APV systems operating under Full Tracking and Anti-Tracking modes against empirical field measurements. Collectively, these investigations provide integrated assessment tools spanning economic viability, environmental sustainability, and operational performance validation for sustainable APV deployment.

I sistemi agrivoltaici (APV) consentono la produzione simultanea di cibo ed elettricità, affrontando il conflitto tra l'espansione delle energie rinnovabili e la preservazione del suolo agricolo. Questa tesi analizza tre aree di ricerca interconnesse nel contesto europeo. Il primo studio sviluppa un framework di ottimizzazione tecnico-economica per l'integrazione di sistemi APV bifacciali (verticali, a inseguimento monoassiale e biassiale) con infrastrutture di digestione anaerobica per la produzione di biometano; a tal fine, viene impiegato un algoritmo genetico multi-obiettivo accoppiato alla tecnica TOPSIS (Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution) per un caso studio situato a Piacenza, Italia. Il secondo studio esegue un benchmarking della valutazione del ciclo di vita (LCA - Life Cycle Assessment) di quattro configurazioni APV bifacciali in diverse condizioni climatiche europee. Il terzo studio effettua una validazione incrociata tra piattaforme di simulazione energetica commerciali e sviluppate internamente per sistemi APV bifacciali avanzati a doppio asse, operanti in modalità Full Tracking e Anti-Tracking, confrontandole con misurazioni empiriche sul campo. Nel loro insieme, queste indagini forniscono strumenti di valutazione integrata che spaziano dalla fattibilità economica alla sostenibilità ambientale, fino alla validazione delle prestazioni operative per una diffusione sostenibile dell'agrivoltaico.