FOTOVOLTAICO SU SERRA:ASPETTI CRITICI E POSSIBILI SOLUZIONI

Giovanni Minutodirettore CeRSAA

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

Radiazione solare diretta durante il solstizio estivo a latitudini mediterranee

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

IMPIANTI IN FASE DI SPERIMENTAZIONE E COLLAUDO

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%

Alcune fasi dell’installazione

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

GRAZIE PER L’ATTENZIONE