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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