Un modello di calcolo della

radiazione solare in serre

fotovoltaiche

Marco Cossu, PhD Dipartimento di Agraria – Università di Sassari

Prospettive per aumentare l'efficienza dell'utilizzo produttivo delle serre. Sestu, 24 Ottobre 2017

Problematiche attuali e future

Prospettive per aumentare l'efficienza dell'utilizzo produttivo delle serre. Sestu, 24 Ottobre 2017

Le SF sono una realtà ormai consolidata nel Sud Europa

Molte SF hanno un livello di copertura eccessivo, che causa ombreggiamento persistente ed elevato sulle colture sottostanti

Bassa sostenibilità agronomica delle strutture esistenti e difficoltà nel modificarle

Soluzioni per rendere sostenibili le strutture esistenti:

Caratterizzazione del microclima in serre FV

Ricerca di specie coltivabili

Identificazione di tecniche colturali idonee

Algoritmo per il calcolo della

radiazione solare in serre FV Sviluppato presso la Shimane University (Giappone)

Permette di calcolare la radiazione solare cumulata

nell’arco del ciclo colturale

Prospettive per aumentare l'efficienza dell'utilizzo produttivo delle serre. Sestu, 24 Ottobre 2017

Fasi di calcolo dell’algoritmo

1. Calcolo percorso solare

•Angoli di elevazione solare e azimutali

2. Calcolo radiazione solare esterna

•Radiazione diretta e diffusa nella località desiderata

3. Posizione pannelli fotovoltaici

•Coordinate cartesiane e solari

4. Condizioni di ombreggiamento

•Verifica intercettazione raggi solari da parte del pannello fotovoltaico rispetto ad un punto di osservazione (OP)

5. Calcolo radiazione solare nella SF

•Calcolo su numerosi OP

•Mappe di distribuzione della radiazione solare in serra

Prospettive per aumentare l'efficienza dell'utilizzo produttivo delle serre. Sestu, 24 Ottobre 2017

4. Condizioni per l’ombreggiamento

Calcolo della direzione di provenienza dei raggi solari rispetto ai pannelli fotovoltaici e al punto di osservazione OP.

OP sotto l’ombra

•Solo radiazione diffusa

OP sotto la luce diretta

•Radiazione diretta e diffusa

Il pannello FV è assimilato ad un poligono e il software verifica se i raggi solari incidono sul pannello o arrivano al OP

Cossu et al., 2017

Prospettive per aumentare l'efficienza dell'utilizzo produttivo delle serre. Sestu, 24 Ottobre 2017

Applicazione dell’algoritmo

SF a Decimomannu (CA)

Livello di copertura fotovoltaica: 50%;

Potenza modulo: 69 kWp

Potenza totale: 1 MWp

Prospettive per aumentare l'efficienza dell'utilizzo produttivo delle serre. Sestu, 24 Ottobre 2017

SF a Florinas (SS)

Livello di copertura fotovoltaica: 100%;

Potenza modulo: 190 kWp

Potenza totale: 3 MWp

Radiazione globale cumulata

mensile (serra FV 50%)

Prospettive per aumentare l'efficienza dell'utilizzo produttivo delle serre. Sestu, 24 Ottobre 2017

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Gen Feb Mar Apr Mag Giu Lug Ago Set Ott Nov Dic

0.5m 1.5m

Radiazione globale media annua = 56% (0.5m) – 55% (1.5m)

*Rapporto percentuale della radiazione globale cumulata in serra FV e

radiazione globale cumulata in serra convenzionale

Fra

zio

ne

ra

dia

zio

ne

cu

mu

lata

(%

) *

Radiazione globale cumulata

mensile (serra FV 50%)

Falda scoperta (plastica)

Prospettive per aumentare l'efficienza dell'utilizzo produttivo delle serre. Sestu, 24 Ottobre 2017

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%0.5m1.5m

Falda coperta (fotovoltaica)

0.5m1.5m

61% (0.5m) – 68% (1.5m)

Radiazione globale cumulata annua

53% (0.5m) – 42% (1.5m)

Fra

zio

ne

ra

dia

zio

ne

cu

mu

lata

(%

)

Mappa distribuzione radiazione solare (Serra FV 50%)

Prospettive per aumentare l'efficienza dell'utilizzo produttivo delle serre. Sestu, 24 Ottobre 2017

> 91 %

81-90 %

71-80 %

61-70 %

51-60 %

41-50 %

31-40 %

< 30 %

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

Height: 0.5 m

Ob

serv

atio

n P

oin

ts

Set of Points

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

Height: 1.5 m

Ob

serv

atio

n P

oin

ts

G1 S1 S2 S3 G2

G1 S1 S2 S3 G2

Cossu et al., 2017)

Radiazione globale cumulata

mensile (Serra FV 100%)

Prospettive per aumentare l'efficienza dell'utilizzo produttivo delle serre. Sestu, 24 Ottobre 2017

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Gen Feb Mar Apr Mag Giu Lug Ago Set Ott Nov Dic

0.5m 1.5m

Radiazione globale media annua = 39% (0.5m) – 33% (1.5m)

Fra

zio

ne

ra

dia

zio

ne

cu

mu

lata

(%

)

Mappa distribuzione radiazione solare (Serra FV 100%)

Radiazione globale cumulata annua = 39% (0.5m) – 33% (1.5m)

93.00m

93.00m

9.0

0m

9.0

0m

Piano di osservazione: 1.5 m

Piano di osservazione: 0.5 m

N

<20% 21-30% 31-40% 41-50% 51-60% 61-70% >71%

Prospettive per aumentare l'efficienza dell'utilizzo produttivo delle serre. Sestu, 24 Ottobre 2017

Vantaggi dell’algoritmo

Applicazione su diverse tipologie di SF

Variabili modificabili

Località

Percentuale di copertura sul tetto con i pannelli

Altezza e orientamento della serra

Altezza del piano di osservazione

Calcolo della distribuzione della radiazione

solare cumulata nell’intervallo di tempo

desiderato

Prospettive per aumentare l'efficienza dell'utilizzo produttivo delle serre. Sestu, 24 Ottobre 2017

Implicazioni e applicazioni

L’algoritmo getta le basi per la modellizzazione

della crescita, sviluppo e resa delle colture

protette dentro serre FV

Individuazione specie coltivabili (convenzionali e

non)

Individuazione migliori tecniche e pratiche

colturali in serra FV

In prospettiva queste attività di ricerca forniranno

gli strumenti e le informazioni per mettere le serre

FV della Sardegna in condizioni di produrre e

generare reddito agricolo

Prospettive per aumentare l'efficienza dell'utilizzo produttivo delle serre. Sestu, 24 Ottobre 2017

Grazie per l’attenzione!

Prospettive per aumentare l'efficienza dell'utilizzo produttivo delle serre. Sestu, 24 Ottobre 2017