Innovative serre intelligenti bilanciano le esigenze agricole ed energetiche
L’agrivoltaico(si apre in una nuova finestra) comprende sistemi integrati che consentono di usare il terreno contemporaneamente per la produzione agricola e la generazione di energia solare. «Sebbene i sistemi fotovoltaici offrano una relazione promettente reciprocamente vantaggiosa tra cibo, acqua ed energia rinnovabile, se non sono progettati correttamente possono mettere a rischio la produttività delle colture», afferma Ibrahim Yehia, coordinatore del progetto REGACE(si apre in una nuova finestra). Per mitigare questa situazione, e contribuendo alla tendenza verso le colture più sostenibili, REGACE ha sviluppato un sistema agrivoltaico adattivo assistito dall’intelligenza artificiale (IA) per serre in grado di produrre energia solare e di mantenere condizioni di coltivazione favorevoli. «Affrontando le difficoltà legate allo spostamento della luce e delle zone ombreggiate, alla stabilità climatica delle serre e all’efficienza nell’uso del suolo, il nostro sistema riduce al minimo la necessità di terreni aggiuntivi e di infrastrutture energetiche dedicate, entrambi costosi», osserva Yehia.
Valutazione in diverse condizioni climatiche
Avvalendosi di ampie competenze, dall’agronomia alle energie rinnovabili, dall’ingegneria delle serre all’analisi climatica, fino ai sistemi di monitoraggio digitale, REGACE ha progettato, installato e sperimentato sei sistemi di serre fotovoltaiche in Austria, Germania, Grecia, Israele e Italia. Il suo concetto di serra fotovoltaica integrata si basa su una strategia di controllo adattiva. A differenza delle installazioni fotovoltaiche statiche in serra tradizionali, fondate su modelli predittivi basati sull’IA e sul monitoraggio ambientale, la soluzione di REGACE segue le esigenze delle colture, le condizioni della serra e la sua ubicazione, e vi risponde dinamicamente, posizionando con precisione i moduli fotovoltaici semitrasparenti per gestire al meglio le condizioni di luce solare e di ombra. Gli utenti accedono all’interfaccia di monitoraggio e funzionamento attraverso una piattaforma di controllo digitale, dove visualizzano in tempo reale le condizioni ambientali, il posizionamento dei pannelli fotovoltaici e le prestazioni del sistema. La piattaforma può anche essere adattata per consentire l’accesso remoto. Durante le prove sperimentali in serra sono stati monitorati diversi scenari in condizioni agricole reali, che hanno offerto spunti di riflessione sulle misure più efficaci per varie colture (tra cui pomodori, cetrioli e melanzane) e in termini di condizioni climatiche e configurazioni fotovoltaiche. Sono state effettuate anche simulazioni al computer, ad esempio relative a crescita delle colture, irraggiamento, trasporto e flusso d’aria e analisi del microclima della serra, integrate da un gemello digitale(si apre in una nuova finestra) che usa l’apprendimento automatico per l’ottimizzazione operativa in condizioni climatiche mutevoli. «Le misurazioni sul campo e le simulazioni hanno dimostrato la fattibilità tecnica e le potenzialità operative del nostro progetto fotovoltaico adattativo integrato nella serra», aggiunge Yehia. «Data la gamma di scenari pilota testati, stiamo ancora analizzando le nostre attività di validazione.» REGACE ha anche eseguito dei test per strategie che permettano di mantenere livelli di CO2 favorevoli alla fotosintesi delle colture, tra cui la gestione della ventilazione, del calore e dell’irraggiamento, in condizioni climatiche diverse, in particolare quelle mediterranee. «Abbiamo dimostrato che l’arricchimento controllato di CO2 può contribuire a migliorare la stabilità ambientale della serra e a potenziare la fotosintesi delle piante, in particolare in condizioni in cui la disponibilità di luce e la temperatura rimangono entro intervalli ottimali», spiega Yehia.
Migliorare l’efficienza delle risorse e la resilienza climatica
Dimostrare come la produzione di energia rinnovabile possa essere integrata nei sistemi agricoli senza necessità di terreni aggiuntivi aiuta a preservare i paesaggi agricoli produttivi, sostenendo al contempo gli obiettivi di decarbonizzazione, l’efficienza delle risorse e la resilienza agli stress climatici. Questi benefici, a loro volta, sostengono direttamente diverse priorità fondamentali dell’UE, tra cui il Green Deal europeo(si apre in una nuova finestra), le strategie di resilienza climatica e la transizione verso le energie rinnovabili. Poiché il sistema REGACE è un progetto modulare sospeso e leggero, può essere installato all’interno di serre esistenti come struttura portante primaria, semplificando le operazioni di riqualificazione. Inoltre, i progetti pilota, gran parte dei quali sono in funzione da oltre due anni, hanno confermato la capacità del sistema di offrire un funzionamento stabile a lungo termine con una manutenzione minima, oltre alla pulizia ordinaria del fotovoltaico. «Il design adattabile e modulare favorisce anche la scalabilità e rende la soluzione interessante non solo per le serre commerciali, ma anche per la produzione di colture di alto valore, per l’agricoltura protetta adattata al clima, per i sistemi agricoli a basso consumo idrico e per le infrastrutture rurali integrate di energia rinnovabile», aggiunge Yehia. Per passare a una diffusione più ampia su scala industriale, l’équipe sta ora lavorando a un’ottimizzazione ulteriore del sistema, migliorando le strategie di controllo adattativo e convalidandole su altri tipi di colture e tipologie di serre.
