FOTOVOLTAICO SU SERRA: ASPETTI CRITICI E POSSIBILI SOLUZIONI

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1 FOTOVOLTAICO SU SERRA: ASPETTI CRITICI E POSSIBILI SOLUZIONI Giovanni Minuto direttore CeRSAA

2 I PANNELLI FOTOVOLTAICI E LE PIANTE ENTRANO IN COMPETIZIONE PER LA MEDESIMA FONTE DI ENERGIA LA LUCE E IL FATTORE FONDAMENTALE PER IL SUCCESSO DELLA COLTURA

3 Caratteristiche principali della radiazione incidente sulla terra. Solo una parte di questa è sfruttata dalla fotosintesi per la produzione di sostanza secca. Composizione spettrale della radiazione 48% 2% PAR: radiazione fotosinteticamente attiva (fotosintesi e calore) da 400 a 700 nm Infrarosso >700 nm radiazione termica Ultravioletto: relativamente poco importante

4 non tutta la luce disponibile per le piante viene effettivamente utilizzata dalle stesse e la quantità, la qualità e l efficienza dello sfruttamento dipende dalla specie e dalla cultivar. Distribuzione dell energia nello spettro solare e attività fotosintetica del frumento

5 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 rifle s s a s t r a t o s t r a t o s t r a t o s u o l o 0. 1

6 Esigenze di luce di alcune specie Nome comune Specie condizione W/m2 Stella Natale Euphorbia pulcherrima min 43,9 max 87,8 Saintpaulia min 11,7 max 17,6 Nuova guinea Impatiens Nuova Guinea min 43,9 max 73,2 Ciclamino Cyclamen spp. min 36,6 max 58,6 Geranio Pelargonium zonale Pelargonium grandiflorum min 43,9 max 58,6 Platycerium max 7,3 Giacinto Hyacinthus orientalis min 14,6 max 36,6 Croton Codiaeum variegatum max 43,9 Dracaena max 29,3

7 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:

8 Serre monofalda La quantità di luce presente all interno degli apprestamenti protetti è molto bassa ed insufficiente per la maggior parte delle coltivazioni μmol x s-1 x m-2 70 ore PAR misurata alle ore e alle ore Giugno, La quantità ore LATO BASSO 2 m centro 6 m lato alto Radiazione totale PAR

9 Serre a capanna La quantità di luce presente all interno degli apprestamenti protetti è molto bassa ed insufficiente per la maggior parte delle coltivazioni PAR misurata alle ore e alle ore Giugno, ore ore LATO BASSO 2 m centro 6 m lato alto Radiazione totale PAR

10 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: Pannello PV vetro Pannello PV vetro 50% della superficie in ombra 50% della superficie alla luce 50% della superficie in ombra 50% della superficie alla luce

11 Ecco cosa avviene nella realtà Radiazione solare diretta durante il solstizio estivo a latitudini mediterranee

12 Radiazione solare diretta durante il solstizio estivo a latitudini mediterranee

13 Radiazione solare diretta durante il solstizio estivo a latitudini mediterranee

14 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,

15 Esempio: pomodoro Pomodoro (2 cicli colturali/anno) Serra convenzionale Serra FV - riduzione rad totale: 20% Produzione massima (Kg/m2) 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 CeRSAA Prove pomodoro (2 cicli) Serra convenzionale Serra FV 4,1 KWp riduzione 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 13,75 KWh/m2 per anno effettivamente prodotti 15,48 KWh/m2 per anno consumati dalla serra 1,37 KWh/m2 per anno netti prodotti 14,10 Margine /m2 per anno 2,53

16 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: Moduli di dimensioni standard Progettazione estemporanea Forma della serra e struttura del tetto standard Produttore di pannelli FV Produttore di serre Dimensioni moduli modificate per le serre Progettazione integrata Forma della serra e struttura del tetto modificate Per inserire il FV Strutture luminose Pannelli modulari con le serre Sistemi per il montaggio rapido dei pannelli Soluzioni per i ricambi d aria

17 L OBIETTIVO DI UNA PROGETTAZIONE INTEGRATA E 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

18 CASI STUDIO E E RISULTATI SPERIMENTALI Serra Manichino Impianto a terra Serra fotovoltaica 6 In progettazione Ombraio convenzionale Serra Fotovoltaica 2 Ombraio fotovoltaico Serra Fotovoltaica 1 Serra Fotovoltaica 3 Pieno campo Serra di controllo Serra Fotovoltaica 4 (in progettazione)

19 IMPIANTI IN FASE DI SPERIMENTAZIONE E COLLAUDO Pannelli SILICIO

20 Pannelli SILICIO Materiali FV Silicio Prodotti Pannelli FV 60% opachi Progettazione Integrata Proiezione ombra 30%

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22 Pannelli SILICIO Materiali FV Silicio Prodotti Pannelli FV 30% opachi Progettazione Integrata Proiezione ombra 15%

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24 Lunghezza internodi su piante di garofano (Albenga, Luglio 2011) Ambiente di coltivazione %FV per lastra %media proiezione a terra Lunghezza media internodi (cm) Inseguimento luce solare Serra ,8 a No Serra ,4 b Si Serra ,1 a No Serra a No

25 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 a No Serra a No Serra a No Serra a No

26 Valori di PAR misurati (umol/m2s; media dei giorni soleggiati del mese di luglio, 2011) 2000, , ,00 Effetto della copertura FV nelle prime ore del mattino 500,00 0, Serra 2 - silicio 60 Serra 2 - silicio 30 Serra Controllo Pieno campo

27 IMPIANTI IN FASE DI SPERIMENTAZIONE E COLLAUDO 7 mm Pannelli CIS Materiali FV CIS Prodotti Pannelli FV 50% opachi Progettazione Estemporanea Proiezione ombra 20%

28 Alcune fasi dell installazione

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30 Valori di PAR misurati (umol/m2s; media dei giorni soleggiati del mese di luglio, 2011) Riduzione (%) della PAR nella serra FV rispetto alla serra C: -3% 2000, , ,00 500,00 0, Serra 3 CIS 50 Serra controllo Pieno campo

31 POINSETTIA ALTEZZA E LARGHEZZA CHIOMA DELLE PIANTE 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 * ** Larghezza chioma Serra FV 30,00 Serra C 02/11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/2010 Serra C Serra FV ** * 25,00 20,00 15,00 10,00 18/10/ /10/ /10/ /10/2010 Serra C Serra FV 5,00 0,00 26/10/ /10/ /10/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/2010 Altezza chioma Serra C Serra FV

32 14/12/ /12/ /12/2010 POINSETTIA Percentuale di piante mostranti i ciazi in via di apertura /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/2010 Serra FV Serra C

33 CRISANTEMO Crisantemo - Lunghezza internodi (mm) 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 * * * * 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 Serra C Serra FV 26/10/ /10/2010

34 CRISANTEMO Crisantemo - Lunghezza peduncoli fiorali (cm) 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 * ** Serra C Serra FV S1

35 CRISANTEMO Percentuale piante confiori in antesi al 01/11/ ,00 9,50 * 9,00 8,50 ** 8,00 7,50 Serra FV Serra C

36 SINTESI DEI RISULTATI SPERIMENTALI ANNI (cicli 2-4 mesi da marzo a ottobre) Colture Copertura 50% In corpo unico Colture orticole Copertura 20-30% In corpi separati (Si, CIS) Zucchino 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 floricole Ciclamino 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)

37 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?

38 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.

39 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

40 Sperimentazione su prodotti commerciali Fare chiarezza sulla qualità e le prestazioni dei materiali attualmente in commercio ATTIVITA DEL CeRSAA Collaudo di materiali innovativi Supportare lo sviluppo di prodotti e materiali industriali Supporto alla due diligence dare risposte concrete alla richiesta di chiarimenti sulle soluzioni impiantistiche proposte in agricoltura

41 GRAZIE PER L ATTENZIONE