Trarre il massimo beneficio dall energia solare: il ruolo dei materiali di copertura Frank Kempkes & Cecilia Stanghellini Wageningen UR Greenhouse Horticulture
Introduzione
Requisiti necessari dei materiali di copertura fattori: Elevata trasmissività della luce Distribuzione spettrale Proprietà termiche (conducibilità) Forma del condensato (tensione superficiale) Resistenza meccanica Long-life (resistenza UV, temperatura, fitofarmaci) Formato di fabbricazione (dimensioni) Costo
La radiazione Dal sole: Lunghezza d onda (300-2500nm), input di energia della serra Importamza per le applicazioni in serra UV 300-400 nm morphogenesis PAR 400-700 nm photosynthesis, morphogensis FR 700-800 nm morphogenesis NIR 800-2500 nm increasing greenhouse temperature FIR 2.5-100 µm heat radiation Radiazione termica, perdita d energia dalla serra Philips
energia Radiative properties of the cover Una copertura con alta riflettanza NIR ridurrebbe di 50% il carico termico senza ridurre l assimilazione La copertura ideale ha proprietà differenti nelle bande PAR, NIR e TIR!! UV NIR(Near InfraRed) = 50% dell energia 0 Lunghezza d onda 400 700 2500 nm
Problema: Temperature elevate in zone temperate Filtrare la componente NIR della radiazione solare potrebbe aiutare Il filtro NIR puó essere per riflessione o assorbimento Assorbimento via nano particelle risonanza plasmonsuperficiale Riflessione per interferenza L effetto di assorbimento NIR sul clima in serra si è calcolato con un modello di simulazione e testato in Spagna (Almeria) L effetto di riflessione NIR sul clima in serra si è calcolato con un modello di simulazione e testato in Olanda (Bleiswijk)
Quantità di luce
Quantità di luce Trasmissivita < 50% In inverno è l assenza di luce il fattore limitante Indonesia Spagna
Quantità di luce Trasmissività > 75% In inverno è l assenza di luce il fattore limitante Olanda Spagna
transmission diffuse [%] Trasmissività perpendicolare & emisferica Trasnissività PAR di vari materiali Material perpendicular diffuse FVG PE-EVA-film Sun Eva 5 Plus 89.0% 80.9% FVG PE-EVA film Sun Saver 5 Pro 89.4% 76.9% FVG PE-film FVG Kupfer 5.10 82.0% 70.7% Plastika Kritis PE-EVA-film TUV 3946 90.1% 81.5% 0.90 0.85 0.80 Plastika Kritis PE-EVA-film TUV 3945 84.7% 72.6% Plastika Kritis PE-EVA-film TUV 3999 84.7% 71.3% Plastika Kritis PE-EVA-film TUV 3973 80.3% 68.7% Plastika Kritis PE-film UV 2794 90.0% 80.5% Pati EVA-film Patilite E 82.5% 71.0% Pati EVA-film Patilux LD 90.6% 80.9% Asahi ETFE Film F-Clean Clear 92.9% 85.0% Asahi ETFE Film F-Clean Diffuse 93.4% 81.0% 0.75 0.70 0.65 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 transmission direct [%]
Qualità della luce
Qualità della luce Assorbimento, riflessione e transmissione spettrale delle foglie Le foglie hanno di natura una alta riflessione nel NIR Taiz en Zeiger, 1998
Uomini e piante Sensibilità delle piante = PAR 400-700nm Sensibilità dei nostri occhi = luce visibile 380-780nm
Calore
assorbimento ventilazione transmissione copertura della serra C esterno effetto sulla temperatura fotosintesi & temperatura calore serra foglie
calore Riflessione del filtro NIR assorbimento Meno ventilazione riduce la concentrazione di CO 2 transmissione della copertura C esterna serra fotosintesi & temperatura foglie
calore assorbimento del filtro NIR Meno ventilazione riduce la concentrazione di CO 2 transmissione della copertura C esterna serra fotosintesi & temperatura foglie
materiali NIR-filtranti transmissivity [-] 1 0.8 0.6 0.4 0.2 UV PAR NIR glass NIR sheet reduheat 1:3 g glass 0 300 700 1100 1500 1900 2300 wavelength [nm]
Transmission [-] Trasmissione di 5 film plastici 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 P A R N I R NIR 1 NIR 2A NIR 2D Reference Commercial 300 800 1300 1800 2300 Wavelength [nm] assorbimento NIR max 39% dell energia nel NIR (NIR 2D)
materiali NIR-filtranti 0.30 0.20 0.10 0.00-0.10 NIR filter [%] PAR [%] -0.20-0.30 PE film PE film PH1 PE film SF1 PET film M ReduHeat poco filtro NIR alte perdite nel PAR
Reazione della coltura (medie mensili calcolate) Poco effetto sulla tempratura dell aria, piú su quella delle foglie
effetto sulla temperatura interna (calcolato per materiale) 24 22 20 18 16 14 12 10 [ o C] NIR 1 NIR 2A NIR 2D Reference Commercial Sep Oct Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Il minor apporto energetico in presenza di un filtro NIR fa si che... la temperatura in serra sia piu bassa
Esperimento a ridotta trasmissione nel NIR (Spain) 1200 m 2 Riferimento NIR Trasnittanza Riferimento NIR absorber PAR 0.85 0.73 NIR 0.88 0.64 16 % riduzione PAR 35 % riduzione NIR Rispetto alla situazione di riferimento
Esperimento a ridotta trasmissione nel NIR (Spain) Piccole differenze di temperatura
Esperimento a ridotta trasmissione nel NIR (Spain) Effetto energia netta circa 0
Conclusioni (calcoli e esperimento) Durante l anno, il filtro NIR può abbassare le temperature invernali (riduszione di energia nella serra). In estate le temperature sono talora maggiori. La temperatura della copertura arriva a livelli molto elevati. L effetto combinato dei vari spettri (τ, α, ε) necessita ulteriori considerazioni. La riduzione della PAR trasmessa avrà ripercussioni sulla produzione (circa 15 % perdita di proiduzione = circa perdita di PAR).
Conclusioni (Esperimento in Olanda) Riduzione nella ventilazione necessita Consapevolezza dell impossibilità di sfruttare a pieno la CO2 prodotta con il riscaldamento La riduzione della traspirazione riduce il bisogno di controllare l umidità (risparmio energitico) nessun effetto su produzione e qualità (perchè non ci sono differenze per la PAR trasmessa) Miglioramento dei film opachi al NIR
Filtri NIR: conclusioni (generali) Usare I filtri per il NIR in serra non riscaldata solo nei periodi più calcdi CO 2 Aumentare WUE (riduzione di energia) La trasmissione della PAR non dovrebbe essere influenzata La coltura riflette il NIR. L efficienza della riflessione è limitata dalla re-riflessione Foto Ecofys
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