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I PANNELLI FOTOVOLTAICI E LE PIANTEENTRANO IN COMPETIZIONE
PER LA MEDESIMA FONTE DI ENERGIA
LA LUCE E’ IL FATTORE FONDAMENTALE PER IL SUCCESSO DELLA COLTURA
Caratteristiche principali della radiazione incidente sulla terra. Solo una parte di questa è sfruttata dalla fotosintesi per la produzione di sostanza secca.
2%
48%
Composizione spettrale della radiazione
•PAR: radiazione fotosinteticamente attiva (fotosintesi e calore) da 400 a 700 nm•Infrarosso >700 nm radiazione termica•Ultravioletto: relativamente poco importante
non tutta la luce disponibile per le piante viene effettivamente utilizzata dallestesse e la quantità, la qualità e l’efficienza dello sfruttamento dipende dalla speciee dalla cultivar.
Distribuzione dell’energia nello spettro solare ------------- e attività fotosintetica del frumento - - - -
Condizioni energetiche per diversi strati di foglie.
P a r i n c i d e n t e w m - 2
P A R r i f l e s s a
s t r a t o 1 2 0 0 2 0s t r a t o 2 2 0 2s t r a t o 3 2 0 . 2s u o l o 0 . 1
Nome comune Specie condizione W/m2Stella Natale Euphorbia pulcherrima min 43,9
max 87,8
Saintpaulia min 11,7max 17,6
Nuova guinea Impatiens Nuova Guinea min 43,9max 73,2
Ciclamino Cyclamen spp. min 36,6max 58,6
GeranioPelargonium zonale
Pelargonium grandiflorum min 43,9max 58,6
Platycerium max 7,3
Giacinto Hyacinthus orientalis min 14,6max 36,6
Croton Codiaeum variegatum max 43,9
Dracaena max 29,3
Esigenze di luce di alcune specie
La normativa in vigore (IV Conto Energia) impone che la proiezione a terra della copertura fotovoltaica del tetto sia al massimo pari al 50% dell’intera proiezione a terra del tetto.
Scompaiono le installazioni fortemente coprenti:
La quantità di luce presente all’interno degli apprestamenti protetti è molto bassa ed insufficiente per la maggior parte delle coltivazioni
0
10
20
30
40
50
60
70
LATO BASSO 2 m centro 6 m lato alto
Radiazione totale PAR
PAR misurata alle ore 12.00e alle ore 15.00 Giugno, 2011
μmol x s-1 x m-2 ore 15.00
ore 12.00
La quantità
Serre monofalda
La quantità di luce presente all’interno degli apprestamenti protetti è molto bassa ed insufficiente per la maggior parte delle coltivazioni
0
10
20
30
40
50
60
70
LATO BASSO 2 m centro 6 m lato alto
Radiazione totale PAR
Serre a capanna
PAR misurata alle ore 12.00e alle ore 15.00 Giugno, 2011
ore 15.00
ore 12.00
Proiezione a terra della copertura fotovoltaica del tetto (50% dell’intera proiezione a terra dell’impianto FV).
Come interpretare, dal punto di vista costruttivo, la normativa:
50% della superficie in ombra
50% della superficie alla luce
Pannello PV vetro Pannello PV vetro
50% della superficie in ombra
50% della superficie alla luce
Ecco cosa avviene nella realtà
Radiazione solare diretta durante il solstizio estivo a latitudini mediterranee
Stime delle perdite di produzione agricola in relazione alla riduzione della radiazione luminosa
In linea teorica:
La produzione agricola scende di
1,0%
ogni
1,0%
di riduzione della radiazione totale
Cecilia Stanghellini, Wageningen Univ,
Esempio: pomodoro
Pomodoro (2 cicli colturali/anno) Serra convenzionale
Serra FV - riduzione rad totale: 20%
Produzione massima (Kg/m2) 30 24
Prezzo di vendita (€/Kg) 1,00 1,00
PLV pomodoro (€/m2) 30,00 24,00
Perdita di resa agricola (€/m2) - 6,00
Tariffa incentivante «altri impianti FV» (€/KWh) 0,202
KWh/m2 per anno da produrre a pareggio 29,70
Esempio impianto CeRSAAProve pomodoro (2 cicli)
Serra convenzionale
Serra FV 4,1 KWpriduzione max rad totale: 9,26%
Produzione massima per anno (Kg/m2) 30 3,7
Perdita di resa agricola per anno (€/m2) - 3,70
Tariffa incentivante «altri impianti FV» (€/KWh) 0,202
KWh/m2 per anno da produrre a pareggio 13,75KWh/m2 per anno effettivamente prodotti 15,48
KWh/m2 per anno consumati dalla serra 1,37
KWh/m2 per anno netti prodotti 14,10Margine €/m2 per anno 2,53
SOLUZIONI PRESENTI SUL MERCATO- esigenze delle colture- vincoli impiantistici- caratteristiche costruttive delle serre
Le vie seguite da produttori di pannelli fotovoltaici, da un lato, e dai costruttori di serre, dall’altro sono diverse e in qualche caso hanno raggiunto risultati convergenti:
Produttore di pannelli FV
Produttore di serre
Moduli di dimensioni standard
Dimensioni moduli modificate per le serre
Forma della serra e struttura del tetto standard
Forma della serra e struttura del tetto modificate
Per inserire il FV
Progettazione integrata
Soluzioni per i ricambi d’aria
Strutture luminose
Sistemi per il montaggio rapido dei pannelli
Pannelli “modulari” con le serre
Progettazione estemporanea
L’OBIETTIVO DI UNA PROGETTAZIONE INTEGRATAE’ LA RIDUZIONE DELLE AREE IN OMBRA
Più sono piccoli i coni d’ombra, più rapido è il loro movimento relativo a terra e minore è l’influenza della prolungata mancanza di luce sulle colture che causa:- filatura degli internodi- ingiallimento del fogliame- scarsa qualità della fruttificazione- problemi in fioritura
SerraFotovoltaica 1
Serradi controllo
SerraFotovoltaica 3
Ombraio fotovoltaico
Ombraio convenzionale
Pieno campo
Serra“Manichino”
CASI STUDIO E E RISULTATI SPERIMENTALI
SerraFotovoltaica 2
Serra fotovoltaica 6In progettazione
Impianto a terra
SerraFotovoltaica 4(in progettazione)
PannelliSILICIO
Materiali FVSilicio
ProdottiPannelli FV60% opachi
ProgettazioneIntegrata
Proiezione ombra30%
PannelliSILICIO
Materiali FVSilicio
ProdottiPannelli FV30% opachi
ProgettazioneIntegrata
Proiezione ombra15%
Ambiente di coltivazione %FV per lastra
%media proiezione a terra
Lunghezza media internodi (cm)
Inseguimento luce solare
Serra 2 30 15 3,8 a No
Serra 2 60 30 5,4 b Si
Serra 3 50 25 4,1 a No
Serra 4 - - 3.8 a No
Lunghezza internodi su piante di garofano (Albenga, Luglio 2011)
Biomassa (g/m2) prodotta da basilico (Albenga, aprile 2011)
Ambiente di coltivazione %FV per lastra
%media proiezione a terra
Biomassa (g/m2) prodotta
Inseguimento luce solare
Serra 2 30 15 1475 a No
Serra 2 60 30 1490 a No
Serra 3 50 25 1515 a No
Serra 4 - - 1495 a No
Valori di PAR misurati (umol/m2s; media dei giorni soleggiati del mese di luglio, 2011)
0,00
500,00
1000,00
1500,00
2000,00
8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 14.00 15.00 16.00
Serra 2 - silicio 60 Serra 2 - silicio 30 Serra Controllo Pieno campo
Effetto della copertura FV nelle prime ore del mattino
PannelliCIS
7 mm
IMPIANTI IN FASE DI SPERIMENTAZIONE E COLLAUDO
Materiali FVCIS
ProdottiPannelli FV50% opachi
ProgettazioneEstemporanea
Proiezione ombra20%
0,00
500,00
1000,00
1500,00
2000,00
8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 14.00 15.00 16.00
Serra 3 CIS 50 Serra controllo Pieno campo
Riduzione (%) della PAR nella serra FV rispetto alla serra C: -3%
Valori di PAR misurati (umol/m2s; media dei giorni soleggiati del mese di luglio, 2011)
POINSETTIA – ALTEZZA E LARGHEZZA CHIOMA DELLE PIANTE
02/1
1/20
10
03/1
1/20
10
04/1
1/20
10
05/1
1/20
10
06/1
1/20
10
07/1
1/20
10
08/1
1/20
10
09/1
1/20
10
10/1
1/20
10 Serra C
Serra FV
0,005,00
10,0015,0020,0025,0030,0035,0040,00
Serra C Serra FV
18/1
0/20
1020
/10/
2010
22/1
0/20
1024
/10/
2010
26/1
0/20
1028
/10/
2010
30/1
0/20
10
01/1
1/20
10
03/1
1/20
10
05/1
1/20
10
07/1
1/20
10
09/1
1/20
10 Serra CSerra FV
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
Serra C Serra FV
Larghezza chioma
Altezza chioma
***
***
POINSETTIA
Percentuale di piante mostranti i ciazi in via di apertura
0102030405060708090
100
02/11
/2010
04/11
/2010
06/11
/2010
08/11
/2010
10/11
/2010
12/11
/2010
14/11
/2010
16/11
/2010
18/11
/2010
20/11
/2010
22/11
/2010
24/11
/2010
26/11
/2010
28/11
/2010
30/11
/2010
02/12
/2010
04/12
/2010
06/12
/2010
08/12
/2010
10/12
/2010
12/12
/2010
14/12
/2010
16/12
/2010
Serra FV Serra C
CRISANTEMO
Serra CSerra FV
04/10/2010
26/10/20100,002,004,006,008,00
10,0012,0014,0016,00
18,00
Crisantemo - Lunghezza internodi (mm)
**
**
CRISANTEMO
Serra CSerra FV S1
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
Crisantemo - Lunghezza peduncoli fiorali (cm)
***
CRISANTEMO
7,50
8,00
8,50
9,00
9,50
10,00
Serra FV Serra C
Percentuale piante confiori in antesi al 01/11/2010
*
**
SINTESI DEI RISULTATI SPERIMENTALI – ANNI 2007 – 2011 (cicli 2-4 mesi da marzo a ottobre)
ColtureCopertura 50%In corpo unico
Copertura 20-30%In corpi separati (Si, CIS)
Colture orticoleZucchino No Si
Lattuga Si (difformità prod.) Si (accorciamento ciclo)
Lattughe da taglio Si (difformità prod.) Si (accorciamento ciclo)
Fragola No (eccessiva diff.) Si
Pomodoro No (eccessiva diff.) Si
Colture floricoleCiclamino No Si
Crisantemo No Si (lieve allungam. Internodi e anticipo fioritura)
Poinsettia No Si (lieve ritardo fioritura ciazi)
Margherita No Si
Rosmarino No Si
Salvia No Si
Piante verdi Si (parziale ombreggio) Si (necessario ombreggio)
DOMANDE
1. Quali scenari economici si aprono per il prossimi 2-3 anni ?
2. Il silicio, materiale fv del presente, sara’ anche quello del futuro?
3. Quali possibilita’ per i materiali amorfi, piu’ flessibili per innovative soluzioni ingegneristiche, ma per il momento piu’ costosi e in molti casi meno efficienti?
4. Quali soluzioni innovative possono essere sviluppate per serre e ombrari?
CONCLUSIONI
RISULTATI DELLE SPERIMENTAZIONI DEL CeRSAA – OPPORTUNITA’ OFFERTE DAL FV SULLE SERRE
- Il taglio della radiazione totale del 20-30% non provoca cambiamenti significativi sulle caratteristiche qualitative e quantitative della produzione di molte specie da orto e da fiore
- Le variazioni di temperatura e umidità sono contenute all’interno delle strutture
RISCHI DEL FV SU SERRA
- I parassiti vegetali ectofiti (es. Mal bianchi) attaccano in anticipo negli ambienti anche lievemente ombreggiati
- Per ombreggiamenti superiori (>50%) e ombre di grandi dimensioni si osserva un forte calo della qualità e della quantità della produzione, oltre alla diminuzione delle temperature e all’aumento dell’UR, con maggiori rischi di attacchi di patogeni.
CONCLUSIONI
E’ importante ridurre il più possibile la dimensione dei coni d’ombra proiettati a terra
E’ necessario procedere ad una progettazione integrata che porti allo sviluppo di un modello sostenibile di serra fotovoltaica che tenga conto di:
- materiale fotoattivo- pannello fotovoltaico (design, disposizione, componentistica accessoria)- struttura dell’apprestamento protetto (serra, tunnel, ombraio)- scelta, gestione colturale, difesa fitosanitaria e programmazione delle colture
E’ necessario procedere ad una seria sperimentazione agronomica per valutare progetti fotovoltaici applicabili in relazione al tipo di colture prodotte
E’ necessario assicurare la massima flessibilità produttiva delle serre fotovoltaiche, al fine di porre al riparo le imprese da possibili effetti negativi dei cambiamenti del mercato, capaci di mettere in difficoltà imprese vincolate a determinati ambiti produttivi
ATTIVITA’ DEL CeRSAA
Sperimentazione su prodotti commercialiFare chiarezza sulla qualità e le prestazioni dei materiali
attualmente in commercio
Collaudo di materiali innovativiSupportare lo sviluppo di prodotti e materiali industriali
Supporto alla “due diligence”dare risposte concrete alla richiesta di chiarimenti sulle
soluzioni impiantistiche proposte in agricoltura