I ricercatori della Mälardalen University in Svezia hanno proposto due nuove strategie di inseguimento solare monoassiale volte a migliorare la resa delle colture nei progetti agrivoltaici.
“Abbiamo integrato direttamente il fabbisogno di luce delle colture nel controllo del tracker, consentendo di dare priorità in modo dinamico alla produzione alimentare quando le colture hanno bisogno di luce e alla conversione energetica quando non ne hanno bisogno”, ha dichiarato a pv magazine Sultan Tekie, autore corrispondente della ricerca. “A differenza della maggior parte delle strategie di inseguimento agrivoltaico esistenti, che si basano su soglie di ombreggiamento statiche o su regole empiriche, le nostre nuove strategie sfruttano la curva di risposta alla luce della coltura per regolare l’orientamento dei pannelli in base all’inizio della saturazione fotosintetica, collegando così il funzionamento fotovoltaico alla fisiologia della pianta”.
Le due strategie proposte, chiamate Daily Light Integral Tracking (DLIT) e Knee-Point Tracking (KPT), mirano a garantire che le colture ricevano luce sufficiente, ma non eccessiva. “Con entrambe le strategie rispondiamo ai fabbisogni luminosi cumulativi e adattiamo il funzionamento del tracker alla variabilità ambientale in tempo reale, offrendo un approccio sistematico per bilanciare la resa energetica e le prestazioni delle colture in condizioni climatiche mutevoli”, ha aggiunto Tekie.
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La strategia DLIT regola il funzionamento del tracker solare per soddisfare i requisiti specifici di daily light integral (DLI) della coltura, utilizzando il tracking attivo (AT) finché l’obiettivo non viene raggiunto, per poi passare al tilt tracking (TT) per il resto della giornata. Con l’AT, il tracker segue continuamente il sole per massimizzare la luce sulle colture, dando priorità alla crescita delle piante fino al raggiungimento del valore DLI giornaliero prefissato. Una volta soddisfatto il fabbisogno di luce della coltura, il tracker passa al TT per massimizzare la captazione di energia solare a fini elettrici, anziché seguire il sole con precisione in funzione della coltura.
La strategia KPT individua il valore ottimale di radiazione fotosinteticamente attiva (PAR) sulla curva di risposta alla luce (LRC) per selezionare l’angolo di inclinazione del pannello solare che massimizza la fotosintesi. Le LRC, modellate mediante un’iperbole non rettangolare dipendente dalla temperatura, generano 35 curve per temperature comprese tra 0 e 35 °C, con il punto di ginocchio (knee point) che rappresenta il valore di PAR a cui la fotosintesi inizia a stabilizzarsi. I valori ottimali di PAR vengono interpolati su base oraria e confrontati con l’irradianza al suolo per selezionare dinamicamente l’angolo di inclinazione, fornendo così una strategia di inseguimento adattiva guidata dalla temperatura. Per ridurre lo stress meccanico e i movimenti bruschi nelle regolazioni dell’inclinazione, un filtro gaussiano smussa gli angoli orari, bilanciando crescita delle colture ed efficienza energetica.
Gli scienziati hanno valutato le prestazioni delle due strategie confrontandole con tre metodi di inseguimento convenzionali, vale a dire il time-based tracking (TT), l’active tracking (AT) e l’inclinazione fissa (ST). L’analisi si è basata sul funzionamento di un sistema agrivoltaico da 26 kW situato a Västerås, in Svezia.
Il sistema è composto da tre file di moduli fotovoltaici, ciascuna lunga 20 metri e distanziata di 10 metri dalle altre, installate a un’altezza del mozzo di 1,8 metri. Utilizza 45 moduli FV bifacciali in silicio monocristallino, ciascuno con potenza nominale di 580 W e fattore bifacciale pari a 0,85. Per massimizzare la trasmissione della luce e favorire una crescita ottimale delle colture, la rotazione del tracker solare è limitata a 90°.
Le misurazioni hanno mostrato che il TT massimizza la resa energetica ma produce la biomassa più bassa, mentre l’AT massimizza la biomassa a scapito dell’energia. Al contrario, è emerso che lo ST offre un compromesso equilibrato, mentre il KPT mantiene una biomassa elevata con una produzione energetica moderata e il DLIT dà priorità all’energia una volta raggiunti gli obiettivi di DLI.
Nel complesso, tutte le strategie mostrano compromessi tra produzione energetica e produttività agricola, con KPT e ST che offrono prestazioni bilanciate e DLIT che favorisce l’energia una volta soddisfatte le esigenze luminose delle colture.
“Il DLIT ha mantenuto la conversione energetica entro circa l’1% rispetto al TT, riducendo però la biomassa di circa il 10%, il che indica che i vincoli giornalieri di luce delle colture possono preservare la produzione energetica con penalizzazioni agronomiche limitate”, hanno affermato gli accademici. “Il KPT ha ulteriormente migliorato questo equilibrio limitando le perdite di biomassa a circa il 2% rispetto all’AT, pur conservando oltre l’85% della resa energetica ottenuta dal TT”.
“L’analisi ha inoltre rivelato che lo smussamento delle traiettorie dell’angolo di inclinazione ha ridotto la resa in biomassa di oltre il 20% in tutte le strategie, evidenziando l’importanza di un funzionamento del tracker dinamico e reattivo per le prestazioni delle colture”, hanno concluso. “Nel complesso, il principale vantaggio dei framework DLIT e KPT proposti risiede nel loro fondamento fisiologico e nella loro flessibilità operativa. Collegando direttamente il controllo del tracker ai fabbisogni luminosi cumulativi e istantanei delle colture, queste strategie superano programmi fissi e soglie empiriche, offrendo un percorso solido verso una maggiore efficienza d’uso duale del suolo nei sistemi agrivoltaici”.
I risultati della ricerca sono disponibili nello studio intitolato “Novel Operational Strategies to Maximize Crop and Electricity Production in Single Axis Agrivoltaic Systems Based on Light Response Curve and Daily Light Integral”, pubblicato su Results in Engineering.
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