Termo-fotovoltaico, i dettagli sul progetto pilota in un allevamento italiano

Il progetto di innovazione RES4LIVE “Energy Smart Livestock Farming towards Zero Fossil Fuel Consumption” condotto nel periodo 2020-2024, si trova nell’ambito del programma europeo Horizon nel segmento dell’impiego di energia da fonte rinnovabile negli allevamenti.

pv magazine Italia ha intervistato il professore Stefano Benni, del Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro-Alimentari dell’Università di Bologna, uno degli esperti che hanno realizzato lo studio sulle prestazioni del sistema solare fotovoltaico-termico sperimentale nell’allevamento di suini di Golinelli a Mirandola, in provincia di Modena.

Prof. Benni, quali gli obiettivi principali della ricerca?
Definire soluzioni tecniche e progettuali per sostituire i combustibili fossili nelle aziende agro-zootecniche con fonti rinnovabili utilizzabili in loco. Per questo sono state sviluppate soluzioni, mettendo in opera in quattro diversi casi pilota di allevamenti europei.

Di che impianti si tratta?
Uno di galline ovaiole in Grecia, un allevamento di suini a ciclo chiuso in Belgio, una stalla di bovine da latte in Germania, un allevamento di scrofe e suinetti in Italia. In quest’ultimo caso pilota è stato messo a punto un sistema integrato per il riscaldamento dell’edificio di svezzamento dei suinetti, in sostituzione di una preesistente caldaia a GPL. Il sistema integrato consiste in un impianto termo-fotovoltaico installato sul tetto, accoppiato ad un accumulo geotermico realizzato nel terreno accanto al fabbricato e ad una pompa di calore ibrida.

A che conclusione ha portato il caso italiano?
L’installazione pilota progettata e realizzata nell’allevamento ha consentito di sostituire un impianto di riscaldamento esistente, alimentato con combustibili fossili, con uno interamente basato su energie rinnovabili. Infatti, tutto il calore prodotto dai pannelli termo-fotovoltaici nella stagione calda viene immagazzinato nel terreno grazie ad un insieme di speciali sonde geotermiche collegate fra di loro, in grado di iniettare calore fino ad una profondità di 30m e fare aumentare la temperatura del terreno negli strati subsuperficiali.

Può spiegarlo a livello tecnico-scientifico?
La temperatura del terreno, che ad una profondità di circa 10 m non risente più delle variazioni climatiche ambientali, può aumentare di oltre 5°C grazie all’iniezione di calore solare prodotto dai pannelli e permane a tale livello anche al termine dell’estate, quando può essere impiegata per il riscaldamento dell’edificio. Questo calore viene poi utilizzato dalla pompa di calore nel periodo invernale, attraverso un ulteriore sistema di sonde geotermiche deputate all’estrazione del calore, attingendo livelli di efficienza corrispondenti a un coefficiente di prestazione (COP) superiore a 4: utilizzando 1kWh di energia elettrica, si producono almeno 4kWh di energia termica per riscaldare l’edificio.

Che tipo di caratteristiche aveva l’allevamento coinvolto?
Si tratta di un allevamento di scrofe e lattoni (suini svezzati), con 500 scrofe e 2500 suinetti situato in comune di Mirandola (MO), vicino al confine con l’Oltrepò mantovano. Il centro aziendale si compone di due edifici di gestazione, uno di maternità, con le sale per il parto, uno di svezzamento, uno per le scrofe e i magroni in accrescimento, uno con uffici, spogliatori e stabilimento di preparazione degli alimenti per i suini, oltre a tre edifici per ricovero attrezzi e merci. L’azienda partecipa al progetto di innovazione poiché crede che sia necessario investire nella qualità delle produzioni zootecniche, a partire dalla sostenibilità ambientale e dal benessere animale.

Come si inserisce la produzione di energia elettrica?
In tutto questo processo, l’energia elettrica necessaria per la circolazione del fluido e per il funzionamento della pompa di calore, viene prodotta dal medesimo impianto termo-fotovoltaico installato sul tetto, che produce anche il calore che viene accumulato nel sottosuolo. Inoltre, lo speciale sistema di sonde geotermiche per l’iniezione e l’estrazione di calore consente di sfruttare anche il calore solare disponibile nelle giornate soleggiate invernali, dato che le due modalità possono essere impiegate in contemporanea.

Come si è svolta la sperimentazione?
È avvenuta la progettazione e realizzazione dell’impianto integrato solare-geotermico, abbinato ad un sistema smart di monitoraggio e controllo dei parametri ambientali ed energetici dell’edificio. In questo modo è possibile conoscere in qualsiasi momento l’energia rinnovabile prodotta e la potenza di funzionamento dell’impianto, unitamente alle condizioni ambientali interne ed esterne. Questo sistema consente così di acquisire un dataset con la time history di tutti i parametri ambientali ed energetici monitorati, in modo da potere calcolare il rendimento del sistema e mette a punto l’ottimizzazione del suo funzionamento.

Quali sono gli effetti nel breve e nel lungo periodo?
Il progetto realizzato consente di sostituire un precedente impianto di riscaldamento alimentato da combustibile fossile con uno interamente alimentato con energia da fonte rinnovabile. L’impianto pilota rappresenta anche una installazione dimostrativa che evidenzia come sia possibile, più in generale, decarbonizzare gli edifici zootecnici. Infatti, il medesimo approccio può essere impiegato anche per gli altri edifici dell’azienda, una volta adeguati i dimensionamenti alle esigenze specifiche. Inoltre, l’abbinamento di impianto fotovoltaico, accumulo geotermico e pompa di calore può soddisfare anche le esigenze di raffrescamento degli edifici che lo richiedono, come ad esempio quelli che ospitano scrofe in gestazione o suini all’ingrasso.

Quali sono gli elementi più importanti da sottolineare a favore della tecnologia termo-fotovoltaica?
È stata utilizzata in un contesto di azienda agro-zootecnica, sfruttando le ampie superfici delle coperture degli edifici e l’assenza di ombreggiamenti, garantita dalla presenza di ampi spazi privi di alti edifici e dalle distanze significative fra i fabbricati. La presenza di spazi aperti utilizzati come aree di manovra nella corte rurale ha poi consentito di eseguire agevolmente le trivellazioni necessarie per la realizzazione dell’accumulo geotermico, mantenendo la fruibilità degli spazi una volta completato l’intervento. Le tecnologie adottate si prestano quindi ad installazioni in contesti agricoli, zootecnici ed agroindustriali per questi motivi e anche per la possibilità di avvalersi della manodopera e delle attrezzature delle aziende agricole per lo svolgimento di una serie di lavorazioni, in modo da ridurre i costi di realizzazione.

La sperimentazione ha quindi dimostrato la fattibilità su più larga scala?
Esatto, sia la fattibilità che l’efficienza di impianti di produzione di energia da fonte rinnovabile per il soddisfacimento delle esigenze delle aziende agro-zootecniche europee. Le installazioni pilota possono svolgere un ruolo di pivot nella replicazione delle tecnologie nella generalità delle aziende, portando alla neutralità carbonica del settore. Inoltre, l’avanzamento tecnologico connesso alla realizzazione di questi impianti, accompagnati come detto da sistemi smart di monitoraggio e controllo, costituisce altresì un volano per l’implementazione di soluzioni di zootecnia di precisione, con conseguenze positive in termini di benessere animale e qualità e sostenibilità delle produzioni agroalimentari.