Gli scienziati della Colorado State University hanno condotto una ricerca sulla crescita di colture vegetali situate sotto moduli fotovoltaici con trasparenza variabile. Gli ortaggi sono stati coltivati sotto moduli in tellururo di cadmio (St-CdTe) a film sottile e semitrasparenti con una trasparenza del 40%, moduli in silicio monocristallino bifacciale (BF-Si) con una trasparenza del 5% e moduli in silicio policristallino opaco (O-Si) con una trasparenza dello 0%.
“La tecnologia dei moduli fotovoltaici semitrasparenti (STPV) è emersa come una potenziale soluzione per mitigare gli effetti negativi dell’ombra densa nei sistemi di coltivazione, mantenendo al contempo un’alta densità di moduli”, hanno dichiarato gli studiosi. “A nostra conoscenza, questo è il primo esperimento di ricerca replicato che valuta i tipi di trasparenza dei moduli in un campo di ortaggi irrigati”.
L’esperimento è stato condotto nel corso di due stagioni di coltivazione, il 2020 e il 2021. Il sito di studio si trovava a Fort Collins, Colorado, USA, in un campo destinato alla ricerca. Complessivamente, è stata testata la crescita di sei ortaggi: peperone jalapeño, peperone, lattuga, zucca estiva, pomodori tasmian chocolate e pomodori red racer.
“C’erano tre file piantate in tutto il sito: a nord, al centro e a sud”, ha spiegato il gruppo. “Lattuga, peperoni e pomodori sono stati piantati in due sottofiliere sfalsate in aiuole di 0,9 m coperte da pacciamatura di plastica nera nelle file a nord e a sud. La zucca è stata piantata esclusivamente nella fila centrale in entrambi gli anni, con una distanza di 1,2 m al centro”.
Per quanto riguarda i moduli fotovoltaici, gli scienziati hanno utilizzato tre di ciascun tipo. Sono stati installati in una posizione impostata di 35 gradi rivolta a sud, con il bordo inferiore dei moduli a 1.220 mm dal suolo e il retro a un’altezza di 2.360 mm. I moduli ST-CdTe avevano una potenza nominale di 57 W, quelli BF-Si di 360 W e quelli O-Si di 325 W.
“Ciascuna delle 12 sottoparcelle coltivate, compresi gli array fotovoltaici e le parcelle di controllo, si estendeva su una larghezza di 4,3 m, con una distanza di 4,3 m tra le sottoparcelle adiacenti”, hanno dichiarato i ricercatori. “A causa della configurazione a palo singolo, l’ombra proiettata dai moduli si spostava durante il giorno. In questo modo, le colture hanno ricevuto il sole diretto all’inizio e alla fine della giornata, con un’ombra massima durante le ore di punta del giorno e immediatamente sotto i moduli”.
Secondo i risultati, la zucca estiva sotto tutti e tre i tipi di moduli ha mostrato rese significativamente inferiori rispetto all’appezzamento di controllo, indipendentemente dal tipo di trasparenza del modulo. Mentre nell’appezzamento di controllo, in condizioni di pieno sole, la zucca ha prodotto 5,1 kg per pianta, è cresciuta di 3,2 kg nello scenario BF-Si, di 3,2 kg nello scenario O-Si e di 4,1 kg nello scenario ST-CdTe.
Gli altri ortaggi hanno avuto rese medie uguali o superiori al controllo con il trattamento ST-CdTe trasparente al 40%, ma senza differenze statisticamente significative. I peperoni jalapeño hanno prodotto 155 g per pianta in pieno sole, 161 g nello scenario BF-Si, 155 g nello scenario O-Si e 162 g nello scenario ST-CdTe, mentre i peperoni hanno prodotto 295 g per pianta in pieno sole, 294 g nello scenario BF-Si, 278 g nello scenario O-Si e 346 g nello scenario ST-CdTe.
Il peso della lattuga per cespo era di 105 g in pieno sole, 126 g nella BF-Si, 111 g nella O-Si e 129 g nella ST-CdTe. I pomodori tasmanian chocolate avevano una media di 926 g per pianta in pieno sole, 1.060 g nel BFSi, 1.069 g nell’O-Si e 1.278 g nell’ST- CdTe. Infine, i pomodori red racer avevano 867 g per pianta in pieno sole, 733 g nel BF-Si, 903 g nell’O-Si e 962 g nell’ST-CdTe.
“L’ottimizzazione del campo agri-PV (APV) con moduli fotovoltaici semitrasparenti potrebbe incrementare la produzione agricola, mantenendo la protezione aggiuntiva di una tettoia energizzata nei sistemi APV tradizionali”, hanno concluso i ricercatori. “Sono necessarie ulteriori ricerche per comprendere meglio i compromessi economici tra l’aumento della trasparenza dei moduli e la produzione di colture orticole, considerando anche la maggiore resa energetica derivante dalla bifaccialità dei moduli”.
I risultati sono stati presentati in “Vegetable Crop Growth Under Photovoltaic (PV) Modules of Varying Transparencies”, pubblicato su Heliyon.
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