Serre fotovoltaiche: Funzionamento, Tipologie e Vantaggi

L’agricoltura è un settore fondamentale per il nostro paese, poiché le coltivazioni rappresentano un pilastro essenziale dell’economia italiana. L’adozione delle serre fotovoltaiche consente di abbattere i crescenti costi dell’energia elettrica per le aziende agricole, contribuendo così a mantenere i prezzi dei prodotti più accessibili per i consumatori.

Queste strutture sono progettate per integrare pannelli solari fotovoltaici, in grado di assorbire l’energia solare e convertirla in elettricità. L’integrazione tra agricoltura e fonti rinnovabili presenta diversi benefici, sia per l’ottimizzazione dell’energia che per la tutela dell’ambiente.

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Cos’è una serra fotovoltaica e come funziona?

Le serre fotovoltaiche sono strutture fisse, saldamente ancorate al suolo, progettate per sfruttare l’energia solare in qualsiasi tipo di terreno. Questi impianti creano un ambiente protetto ideale per la coltivazione di fiori, piante e ortaggi, con un impiego prevalente nel settore agricolo.

La loro struttura portante, realizzata in alluminio o ferro a seconda delle necessità, garantisce solidità e resistenza. Le pareti e la copertura sono composte da materiali trasparenti, come vetro o plastica, per favorire la penetrazione della luce solare. All’interno, la serra è dotata di sistemi avanzati per il controllo della coltivazione, tra cui irrigazione, climatizzazione e aerazione, gestiti da apparecchiature computerizzate.

Il principio di funzionamento è semplice: le superfici vetrate con una buona esposizione catturano la luce solare, trasformandola in energia elettrica. Questa viene impiegata per alimentare i sistemi essenziali della serra, come irrigazione, ventilazione e movimentazione dei bancali, garantendo un’elevata efficienza energetica e riducendo i costi operativi dell’azienda agricola.

Le serre fotovoltaiche possono essere progettate in diverse dimensioni, adattandosi alle esigenze specifiche e allo spazio disponibile. Questa tecnologia innovativa permette di integrare l’energia solare, una risorsa pulita e sempre più diffusa, con il settore agricolo, contribuendo alla sua sostenibilità.

Serre fotovoltaiche: funzionamento, strutture e tipologie

La serra ha il compito principale di filtrare e sfruttare l’energia solare attraverso l’uso di materiali trasparenti selettivi. Oltre a proteggere le colture dagli agenti atmosferici, funge da collettore solare, ottimizzando l’ingresso di luce e calore. L’efficacia con cui una serra sfrutta l’energia solare dipende da vari fattori, come la posizione geografica, le condizioni climatiche e microclimatiche locali, che influenzano anche la scelta delle coltivazioni più idonee.

Per comprendere il funzionamento di una serra, è fondamentale analizzare i flussi di energia che determinano l’equilibrio termico del sistema, valutando il comportamento dei materiali, sia opachi che trasparenti, in relazione alla radiazione solare e all’infrarosso termico.

Un aspetto fondamentale per garantire il corretto funzionamento di una serra è la selezione dei materiali, che deve essere effettuata considerando diversi elementi, tra cui:

• Il clima della regione in cui verrà posizionata la serra;
• L’orientamento e la collocazione della struttura;
• La capacità dei materiali di trattenere e trasmettere il calore;
• La radiazione fotosinteticamente attiva;
• Il peso complessivo e la semplicità di assemblaggio della serra;
• La resistenza nel tempo e la capacità di sopportare gli agenti atmosferici.

Dal punto di vista strutturale, una serra è composta da diverse parti essenziali: le fondazioni, che la ancorano al terreno; la struttura portante primaria, che sostiene i carichi permanenti e accidentali ed è costituita da colonne di supporto, travi e piedritti; infine, le strutture secondarie, che servono a fissare il materiale di copertura e comprendono elementi come porta vetro, reggiplastica e arcarecci.

I parametri dimensionali principali di una serra sono:

• Larghezza della campata (La): distanza tra due elementi strutturali consecutivi;
• Lunghezza della serra (Lu): estensione longitudinale della struttura;
• Modulo strutturale (I): elemento che determina la stabilità e la resistenza della serra;
• Altezza di colmo (Hc): altezza massima della serra;
• Altezza di gronda (Hg): altezza alla base della copertura.

L’altezza della serra gioca un ruolo cruciale, poiché deve garantire lo svolgimento agevole delle attività agricole e una ventilazione ottimale, riproducendo condizioni ambientali il più possibile naturali. A differenza di semplici coperture protettive, le serre sono dotate di impianti per la regolazione climatica, come riscaldamento e raffrescamento, e devono consentire un facile accesso sia agli operatori che ai macchinari agricoli. Per questo, devono essere progettate con dimensioni adeguate a garantire un buon equilibrio tra spazio e funzionalità.

Esistono tre principali tipologie di serre:

• Serre a tunnel: caratterizzate da una struttura semplice e un costo ridotto, hanno una copertura ad arco ribassato realizzata in film plastico, con una tecnologia di climatizzazione essenziale;
• Serre a tetto curvilineo: dotate di una copertura arcuata, sono costruite con elementi in acciaio zincato e possono avere più campate. Sono rivestite con materiali plastici, come film o lastre, e presentano aperture per la ventilazione sulle pareti e sul tetto;
• Serre con tetto a falde piane: possono avere falde simmetriche o asimmetriche. Quelle con due falde simmetriche, dette serre a padiglione, hanno pareti verticali e un tetto a due spioventi, con campate singole o multiple. La ventilazione è garantita da aperture laterali e superiori. Tra queste rientrano le serre Venlo, solitamente realizzate con più campate per aumentare la resistenza strutturale e migliorare l’efficienza energetica.

Tabella 1 – Tipologie di serre

Serre fotovoltaiche: equilibrio tra produzione energetica e resa agricola

Una serra fotovoltaica è una struttura in cui la copertura, solitamente il tetto, integra pannelli fotovoltaici per la produzione di energia elettrica. Sebbene questa soluzione permetta di incrementare la generazione di energia, riduce allo stesso tempo la quantità di luce solare che raggiunge le coltivazioni sottostanti, influenzandone lo sviluppo e la resa agricola.

Il principale obiettivo nella progettazione di una serra fotovoltaica è bilanciare la produzione di energia con la produttività delle colture. Per raggiungere questo equilibrio, è fondamentale considerare le normative vigenti, le caratteristiche strutturali della serra e le tecniche agronomiche più adatte a creare condizioni favorevoli alla crescita delle piante.

L’integrazione dei pannelli fotovoltaici modifica il microclimaSi definisce "microclima" il complesso dei parametri fisici ambientali che caratterizzano l'ambiente (non necessariamente confinato) e che, assieme ai parametri individuali quali l'attività metabolica e l'abbigliamento, determinano gli scambi termici fra l'ambiente stesso e gli individui che vi operano. Per ottenere situazioni di benessere in un ambiente di lavoro dal punto di vista del microclima, occorre garantire condizioni accettabili relativamente alle grandezze termo-igro-anemometriche. Facendo riferimento a quanto riportato nella "UNI EN ISO 7730", si definisce la sensazione di massimo confort... all’interno della serra, alterando l’ambiente in cui le colture si sviluppano. Queste variazioni possono incidere sulla fisiologia delle colture, sulla durata del loro ciclo di crescita e sulla produzione agricola complessiva, con ripercussioni dirette sulla sostenibilità economica dell’azienda.

Per questo motivo, è essenziale monitorare e regolare i parametri climatici fondamentali per la crescita vegetale. Studi e ricerche dimostrano che i due fattori microclimatici più rilevanti per le coltivazioni in serra sono la temperatura e la radiazione solare. La temperatura è un elemento chiave del microclimaSi definisce "microclima" il complesso dei parametri fisici ambientali che caratterizzano l'ambiente (non necessariamente confinato) e che, assieme ai parametri individuali quali l'attività metabolica e l'abbigliamento, determinano gli scambi termici fra l'ambiente stesso e gli individui che vi operano. Per ottenere situazioni di benessere in un ambiente di lavoro dal punto di vista del microclima, occorre garantire condizioni accettabili relativamente alle grandezze termo-igro-anemometriche. Facendo riferimento a quanto riportato nella "UNI EN ISO 7730", si definisce la sensazione di massimo confort... della serra, poiché influisce direttamente sulla sopravvivenza e sul ritmo di crescita delle piante. Molte specie non resistono a temperature inferiori ai 5 °C o superiori ai 35 °C per periodi prolungati, rendendo spesso necessario l’impiego di sistemi di riscaldamento o raffrescamento per mantenere un clima adeguato. In generale, le colture in serra si sviluppano al meglio con temperature comprese tra 17 °C e 27 °C.

La quantità e la qualità della luce che raggiunge le piante dipendono dalla capacità dei materiali di copertura di trasmettere la radiazione solare e dall’ombreggiamento generato dalla struttura stessa. Un parametro fondamentale per la crescita delle coltivazioni è l’intensità della radiazione fotosinteticamente attiva (PAR), ovvero l’energia effettivamente disponibile per la fotosintesi. Assicurare una quantità adeguata di questa radiazione è essenziale per ottenere una produzione agricola efficiente all’interno di una serra fotovoltaica.

I costi complessivi di una serra fotovoltaica dipendono da diversi fattori, tra cui le dimensioni della struttura e le tecnologie impiegate. Le principali spese riguardano l’acquisto del terreno, la costruzione della serra, l’installazione dell’impianto fotovoltaico e i lavori necessari per il suo funzionamento. Tuttavia, il risparmio sui costi energetici, unito alla possibilità di accedere a incentivi e finanziamenti, consente di ammortizzare l’investimento in pochi anni. Inoltre, l’energia elettrica prodotta in eccesso può essere immessa nella rete, generando un reddito aggiuntivo costante nel tempo.

Vantaggi delle serre fotovoltaiche: sostenibilità e risparmio energetico

Le serre alimentate con energia solare offrono numerosi vantaggi, sia per gli agricoltori che per l’ambiente. Uno dei benefici più rilevanti è il risparmio energetico, grazie ai pannelli fotovoltaici installati sulla copertura, la serra può generare parte dell’energia necessaria al proprio funzionamento, riducendo i costi legati all’illuminazione, all’irrigazione e al mantenimento delle condizioni climatiche ottimali. Questo porta ad una notevole riduzione delle spese energetiche.

Le serre fotovoltaiche operano esclusivamente con energia solare, eliminando la necessità di ricorrere ai combustibili fossili. Il fotovoltaico, essendo una fonte rinnovabile e a impatto zero, contribuisce alla riduzione dell’inquinamento e favorisce la transizione del settore agricolo verso un modello più sostenibile.

L’elettricità prodotta dai pannelli solari può alimentare tutti i sistemi interni, tra cui impianti di riscaldamento e raffrescamento, illuminazione e sistemi di irrigazione, consentendo una gestione più efficiente delle risorse.

Un ulteriore vantaggio è l’ottimizzazione dello spazio coltivabile, la struttura della serra si sviluppa in altezza e occupa una superficie minima del terreno grazie ai suoi supporti, permettendo di sfruttare l’energia solare senza sacrificare le aree dedicate alla coltivazione.

Infine, la serra fotovoltaica crea un microclimaSi definisce "microclima" il complesso dei parametri fisici ambientali che caratterizzano l'ambiente (non necessariamente confinato) e che, assieme ai parametri individuali quali l'attività metabolica e l'abbigliamento, determinano gli scambi termici fra l'ambiente stesso e gli individui che vi operano. Per ottenere situazioni di benessere in un ambiente di lavoro dal punto di vista del microclima, occorre garantire condizioni accettabili relativamente alle grandezze termo-igro-anemometriche. Facendo riferimento a quanto riportato nella "UNI EN ISO 7730", si definisce la sensazione di massimo confort... ideale per la crescita delle piante. Al suo interno, temperatura, umidità e altri fattori ambientali possono essere regolati e ottimizzati, offrendo protezione contro le condizioni climatiche avverse e garantendo un ambiente favorevole alle coltivazioni.

Tabella 2 – Vantaggi delle serre fotovoltaiche

Con Blumatica Impianti Solari puoi progettare un impianto specifico per serre fotovoltaiche

Grazie a Blumatica Impianti Solari, è possibile progettare in modo accurato ed efficiente un impianto fotovoltaico specifico per le serre fotovoltaiche. Il software consente di configurare ogni dettaglio dell’impianto, dalla selezione dei pannelli solari alla disposizione ottimale degli elementi, assicurando una perfetta integrazione con la struttura della serra. Questo approccio permette di massimizzare la produzione di energia rinnovabile, migliorando la sostenibilità ambientale e l’efficienza energetica dell’intero comparto agricolo.

Oltre alla progettazione dei moduli fotovoltaici, il software permette di definire l’accumulo di energia e l’inverter, garantendo la compatibilità elettrica dell’intero sistema. Una volta scelti i principali componenti –pannelli solari, batterie di accumulo e inverter – è possibile elaborare lo schema elettrico, specificando i quadri di distribuzione e i dispositivi di protezione necessari.

Grazie alla funzione Wizard gestione connessioni, gli utenti possono visualizzare e modificare agevolmente le connessioni tra i vari elementi del sistema, ottimizzando il flusso energetico e la gestione dei cavi.

Il software offre inoltre strumenti avanzati per l’analisi economica e la gestione degli incentivi, permettendo di stimare il ritorno sull’investimento. In questo modo, si massimizza l’autoconsumo di energia rinnovabile, si riducono i costi di gestione e si promuove un modello produttivo ecologico ed efficiente, in grado di coniugare innovazione tecnologica e rispetto per l’ambiente.

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Chiara Manzo

Responsabile Tecnico