Un gruppo internazionale di ricercatori ha analizzato l’angolo di inclinazione ottimale per i sistemi agrivoltaici (APV) nelle regioni a clima mediterraneo e alle medie latitudini. Hanno eseguito una serie di simulazioni su un sistema di 175 m2 nella capitale turca, Ankara.
“I valori analizzati possono essere utilizzati nella regione del Mediterraneo centrale con latitudine e condizioni climatiche simili (Csb) e in diverse regioni del mondo”, hanno spiegato. “Le principali sono Portland negli USA, Braga in Portogallo, Valladolid in Spagna, Terni in Italia e Žabljak in Montenegro”.
Il gruppo accademico ha spiegato che l’inclinazione ottimale può aiutare sia la produzione di energia che la resa delle colture, poiché i pannelli fotovoltaici ombreggiano parzialmente le colture, proteggendole dal calore eccessivo. È noto che alcune colture, come pomodoro, patate e aglio, hanno una resa migliore con l’ombra, mentre altre, come riso, arachidi e gombo, necessitano di più luce solare.
“L’originalità dello studio risiede nella progettazione di un sistema APV come soluzione alternativa all’aumento dei costi alimentari legati all’energia. L’obiettivo è ridurre l’impatto dei costi operativi sulle attività agricole e promuovere la sostenibilità, in particolare nelle zone rurali”, hanno affermato.
Per condurre la simulazione, gli scienziati hanno prima calcolato l’angolo di inclinazione ottimale per Ankara in termini di produzione di energia. Hanno scoperto che la media annuale è compresa tra 31 gradi e 33 gradi. L’angolo di pendenza ottimale stagionale per l’inverno era di 55 gradi, per la primavera era di 20 gradi, per l’estate era di 7 gradi e per l’autunno era di 45 gradi.
Tenendo conto di questi valori, hanno poi creato otto scenari con diversi angoli di inclinazione e ne hanno calcolato l’effetto sulla resa dei raccolti e sulla produzione di energia. Gli scenari si basano sui seguenti parametri: media annua (M1); latitudine 39,57° (M2); installazione orizzontale (M3); installazione verticale (M4); angolo di inclinazione ottimale invernale (M5), angolo di inclinazione ottimale primavera (M6); angolo di inclinazione ottimale estivo (M7); e angolo di inclinazione ottimale autunnale (M8).
“Nella progettazione del sistema APV, è stata installata una capacità di potenza CC di 12,0 kWh con 40 unità con pannelli fotovoltaici da 300 Watt”, hanno aggiunto. “Tra ogni campo fotovoltaico viene lasciato uno spazio di 3 metri e l’ombreggiamento è considerato inefficace. Si presuppone che l’altezza dei pannelli da terra sia di 3,6 m ed è stato realizzato un progetto APV in conformità con gli standard internazionali, con una larghezza di 10,5 m e una lunghezza di 16,5 m, per un totale di 175 m2.
La simulazione è stata condotta presupponendo l’utilizzo di silicio cristallino standard con un’efficienza del 19%, silicio cristallino premium con copertura antiriflesso con efficienza del 21% e moduli fotovoltaici a film sottile più economici con un’efficienza del 18%. I raccolti sotto di loro sono stati simulati come curcuma, olive, cavoli invernali, kiwi, mais, lattuga e cavolo cinese.
Gli accademici hanno accertato che lo scenario M1 con pannelli a film sottile offre le prestazioni più elevate con un guadagno finanziario annuo di 1.286 dollari e una elettricità AC generata di 15.674 kWh. Le prestazioni più basse, al contrario, sono state ottenute nello scenario M4 con pannelli a film sottile, con un guadagno finanziario stimato in 775 dollari e elettricità AC in 9.438 kWh.
I ricercatori hanno anche dettagliato il rapporto equivalente terra (LER). LER è un metodo utilizzato per misurare l’efficienza dell’uso del suolo per la produzione simultanea di colture ed elettricità. Hanno scoperto che il fattore di capacità più alto è per la coltivazione del kiwi nello scenario M1 e il più basso per la coltivazione del cavolo cinese nelle condizioni M4.
“A partire dal 2023, il valore del periodo di ammortamento scontato (DPBP) per il modello M1 è di 15,8 anni, mentre il modello M4 non riesce a soddisfare i costi di investimento. Entro il 2035, il valore DPBP per il modello M1 scende a 7,8 anni, mentre per il modello M4 diventa 13,6 anni. Nel 2050, i valori DPBP sono 5,4 anni per il modello M1 e 10,1 anni per il modello M4”, hanno scoperto.
I loro risultati sono stati presentati in “ Ottimizzazione dell’angolo di inclinazione del collettore solare per sistemi agrivoltaici ” e pubblicati in Case Studies in Thermal Engineering . Gli scienziati dietro la ricerca provengono dalla Batman University della Turchia, dalla James Cook University dell’Australia , dall’Università della Pannonia in Ungheria e dall’ELTE Eötvös Loránd University.
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