IT202100029009A1 - Struttura fotovoltaica agricola con raffreddamento controllato. - Google Patents

Struttura fotovoltaica agricola con raffreddamento controllato. Download PDF

Info

Publication number
IT202100029009A1
IT202100029009A1 IT102021000029009A IT202100029009A IT202100029009A1 IT 202100029009 A1 IT202100029009 A1 IT 202100029009A1 IT 102021000029009 A IT102021000029009 A IT 102021000029009A IT 202100029009 A IT202100029009 A IT 202100029009A IT 202100029009 A1 IT202100029009 A1 IT 202100029009A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
agricultural
photovoltaic
panels
glass
land
Prior art date
Application number
IT102021000029009A
Other languages
English (en)
Inventor
Maurizio Croce
Stefano Calabrò
Original Assignee
TEP RENEWABLES Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TEP RENEWABLES Ltd filed Critical TEP RENEWABLES Ltd
Priority to IT102021000029009A priority Critical patent/IT202100029009A1/it
Priority to US17/679,217 priority patent/US11980146B2/en
Priority to EP22206841.3A priority patent/EP4179870B1/en
Publication of IT202100029009A1 publication Critical patent/IT202100029009A1/it

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G9/00Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/24Devices or systems for heating, ventilating, regulating temperature, illuminating, or watering, in greenhouses, forcing-frames, or the like
    • A01G9/243Collecting solar energy
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G13/00Protecting plants
    • A01G13/02Protective coverings for plants; Coverings for the ground; Devices for laying-out or removing coverings
    • A01G13/0206Canopies, i.e. devices providing a roof above the plants
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G7/00Botany in general
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G9/00Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/24Devices or systems for heating, ventilating, regulating temperature, illuminating, or watering, in greenhouses, forcing-frames, or the like
    • A01G9/247Watering arrangements
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G9/00Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/24Devices or systems for heating, ventilating, regulating temperature, illuminating, or watering, in greenhouses, forcing-frames, or the like
    • A01G9/249Lighting means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V23/00Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices
    • F21V23/04Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being switches
    • F21V23/0442Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being switches activated by means of a sensor, e.g. motion or photodetectors
    • F21V23/0464Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being switches activated by means of a sensor, e.g. motion or photodetectors the sensor sensing the level of ambient illumination, e.g. dawn or dusk sensors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02SGENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/40Thermal components
    • H02S40/42Cooling means
    • H02S40/425Cooling means using a gaseous or a liquid coolant, e.g. air flow ventilation, water circulation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/12Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries using renewable energies, e.g. solar water pumping

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Cultivation Of Plants (AREA)
  • Greenhouses (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

DESCRIZIONE
dell'invenzione industriale avente per titolo:
?Struttura fotovoltaica agricola con raffreddamento controllato?
La presente invenzione concerne una struttura fotovoltaica agricola con raffreddamento controllato.
Nel "2020 World Population Data Sheet", il PBR (Population Reference Bureau) ha stimato che la popolazione mondiale passer? da 7.8 miliardi nel 2020 a 9.9 miliardi nel 2050. Questo aumento (circa il 25%) comporter? un incremento delle risorse e dei beni da produrre, tra i quali cibo, acqua, energia. Ciascuno di questi, con contributi diversi, porteranno ad un aumento delle emissioni di gas serra, del forzante radiativo e di conseguenza del riscaldamento globale. Come ? riportato dalle Nazioni Unite nei "Fast Facts" inerenti all?aumento delle temperature medie globali, la Terra ? circa 1.1?C pi? calda rispetto alla temperatura media globale nell'et? preindustriale.
Purtroppo, sempre secondo le Nazioni Unite, se si continuasse con l?attuale tendenza di emissioni di gas serra, questo aumento di temperatura media globale arriverebbe a 4.4?C nel 2100. Valore di gran lunga superiore rispetto a quel 1.5?C (Conferenza di Parigi COP21), considerato essere il limite massimo di aumento della temperatura media globale per evitare le peggiori conseguenze del cambiamento climatico (come siccit?, inondazioni e altre condizioni meteorologiche estreme).
Diviene quindi una necessit? il dover puntare su impianti a fonti rinnovabili. A tal proposito, come riporta l'"Energy Roadmap to 2050", per realizzare l'obiettivo dell'UE di ridurre le emissioni di gas serra dell'80-95% entro il 2050, circa due terzi dell'energia in Europa dovr? provenire da impianti a fonti rinnovabili e la produzione di elettricit? dovr? essere quasi priva di emissioni, nonostante sia attesa una domanda pi? alta rispetto ad oggi. Questo per? deve essere fatto senza sottrarre terreni all?agricoltura, a loro volta necessari per sopperire all?aumento del fabbisogno alimentare globale.
Combinando la necessit? di ridurre le emissioni di gas serra, con la necessit? di aumentare la produzione agricola alimentare e proteggerla da eventi meteorologici estremi che saranno via via sempre pi? frequenti, come sottolineato pi? volte dalle Nazioni Unite, una delle soluzioni adottabili ? la tecnologia fotovoltaica applicata all?agricoltura, detta anche tecnologia fotovoltaica agricola o semplicemente agrivoltaica.
Per tecnologie agrivoltaiche, si intendono tutte quelle soluzioni che permettono di utilizzare una stessa porzione di terreno sia per la produzione di energia elettrica tramite impianti a fonti rinnovabile solare che per la produzione agricola alimentare, ottimizzando i due risultati.
CN-207995729 descrive un impianto fotovoltaico ad uso agricolo comprendente una combinazione di pannelli fotovoltaici e pannelli atti a diffondere la luce.
US-9801346 descrive un sistema di coltivazione comprendente una copertura con pannelli fotovoltaici e pannelli trasparenti atti a diffondere la luce per favorire le coltivazioni sottostanti; il sistema comprende anche mezzi di irrigazione (colonna 8, riga 40; colonna 10, righe 7-12).
US-7162833 mostra un impianto fotovoltaico con mezzi di irrigazione atti a bagnare sia i pannelli fotovoltaici che le culture sottostanti (colonna 3, righe 6-23; figura 3A).
Svantaggiosamente le soluzioni tecniche proposte combinanti diverse tecnologie, risultano complesse da costruire e da mantenere efficienti.
Inoltre la manutenzione richiede competenze tecniche non solite in agricoltori. Scopo della presente invenzione ? realizzare una struttura fotovoltaica agricola atta a trasformare energia solare in energia elettrica utile anche alla coltivazione del terreno sottostante la struttura.
Ulteriore scopo della presente invenzione ? che la struttura fotovoltaica agricola comprenda mezzi atti a controllare l?esposizione dei pannelli fotovoltaici in sinergia con le esigenze di coltivazione del terreno agricolo.
Ancora ulteriore scopo della presente invenzione ? che la struttura fotovoltaica agricola sia semplice da costruire e poco invasiva del terreno agricolo.
In accordo con l?invenzione detti ed ulteriori scopi sono raggiunti con una struttura fotovoltaica agricola comprendente almeno una struttura di sostegno, pannelli fotovoltaici e vetri supportati da detta struttura di sostegno, mezzi di irrigazione di un sottostante terreno agricolo, mezzi di illuminazione del sottostante terreno agricolo, e mezzi di controllo,
caratterizzata dal fatto che
la struttura di sostegno comprende almeno un?intelaiatura atta a supportare affiancati sia i pannelli fotovoltaici che i vetri realizzando una copertura sopra il terreno agricolo in parte idonea a diffondere la luce sul sottostante terreno agricolo mediante i vetri (4),
in cui i mezzi di irrigazione comprendono ugelli atti a bagnare la parte inferiore dei pannelli fotovoltaici cos? raffreddandoli, l?acqua ricadendo poi per gravit? sul terreno agricolo,
i cui i mezzi di controllo sono atti ad attivare i mezzi di irrigazione ed i mezzi di illuminazione in base a sensori.
Vantaggiosamente il raffreddamento dei pannelli permette quindi di incrementare sia l?efficienza che la producibilit? dell?impianto di circa lo 0,35% per ogni ?C (grado centigrado): abbassando la temperatura dei pannelli da 50?C a 35?C, per esempio, si ha un incremento di produzione superiore al 5%.
L?acqua, che ? stata utilizzata per il raffreddamento dei pannelli, precipiter? quindi a terra, irrigando le colture presenti. L?utilizzo d?acqua a beneficio dell?impianto fotovoltaico non implica nessuna spesa idrica addizionale in quanto la stessa acqua sarebbe stata comunque utilizzata per uso agricolo.
La combinazione innovativa di diverse tecnologie, funzionanti in maniera automatica grazie all?ampia rete di sensori e alla loro gestione dei mezzi di controllo, fa s? che la struttura fotovoltaica agricola sia in grado di:
? produrre energia elettrica da fonte rinnovabile per ridurre le emissioni di gas serra, diminuendo, ma solo in modo non significativo, la superficie coltivabile del terreno;
? aumentare la produzione agricola fornendo luce diffusa naturale, e luce artificiale se necessaria, a tutte le tipologie di colture collocate sotto le strutture, che non prediligono una quantit? eccessiva di luce solare diretta; ? proteggere la produzione agricola di tutte le tipologie di colture da eventi meteorologici estremi, per esempio grandine;
? diminuire l?evaporazione eccessiva delle colture sottostanti le strutture e quelle tra le strutture per abbattere di conseguenza la loro necessit? di acqua di irrigazione;
? raffreddare i pannelli con conseguente aumento della loro produzione elettrica, durante l?irrigazione delle colture;
? coltivare anche quei terreni non pi? idonei alla coltivazione causa siccit?, nonch? quelli che sono potenzialmente a rischio a causa dei cambiamenti climatici.
Queste ed altre caratteristiche della presente invenzione saranno rese maggiormente evidenti dalla seguente descrizione dettagliata in suoi esempi di realizzazione pratica illustrati a titolo non limitativo nei disegni allegati, in cui:
la figura 1 mostra una vista in pianta di una struttura fotovoltaica agricola secondo la presente invenzione;
la figura 2 mostra una vista parziale in sezione secondo la linea II-II di figura 1; la figura 3 mostra una vista in sezione secondo la linea III-III di figura 1.
Una struttura fotovoltaica agricola 1 comprende due strutture 2 atte al sostegno di vari componenti, pannelli 3 di tipo fotovoltaico, vetri 4 atti a diffondere la luce preferibilmente di tipo stratificato, e mezzi di illuminazione 5 preferibilmente di tipo a Led.
Ciascuna struttura 2 comprende montanti verticali 21, una trave orizzontale 22 tenuta ad una certa quota sopra una porzione di terreno 6 di tipo agricolo dai montanti verticali 21, ed una intelaiatura 23 atta ad alloggiare i pannelli 3 ed i vetri 4.
L?intelaiatura 23 definisce la sottostante superficie coperta del terreno 6, in parte dai pannelli 3 in parte dai vetri 4 che permetto la diffusione della luce sul sottostante terreno 6.
La struttura fotovoltaica agricola 1 comprende anche mezzi di irrigazione 7 tra cui ugelli atti sia all?irrigazione del sottostante terreno 6 che al raffreddamento dei pannelli 3, una rete antigrandine 8, e sensori atti a rilevare una serie di parametri ambientali quali ad esempio la luce, l?umidit?, la temperatura.
Mezzi di controllo della struttura fotovoltaica agricola 1 permettono al bisogno di attivare i mezzi di illuminazione 5, i mezzi di irrigazione 7 ed a ruotare le intelaiature 23 rispetto alle travi orizzontali 22 in modo da variare l?orientamento dei pannelli 3.
La rete antigrandine 8 ? tenuta aperta e sospesa a protezione del sottostante terreno 6 tra le due strutture 2, in particolare ? attaccata a bordi tra loro affacciati delle intelaiature 23 ed inoltre ? supportata da montanti verticali intermedi 24.
La raccolta dati provenienti dai sensori, la gestione dei mezzi di irrigazione 7 e dei mezzi di illuminazione 5 sono effettuate da un software implementato dai mezzi di controllo.
I mezzi di controllo possono essere asserviti a pi? strutture fotovoltaiche agricole 1 poste anche a distanza considerevole.
Gli ugelli sono alimentati da tradizionali mezzi di alimentazione dei mezzi di irrigazione 7 del terreno 6.
La produzione elettrica dei pannelli 3 viene incanalata verso componenti (come, per esempio, i quadri di stringa) ampliamente diffusi nel mercato, prima di giungere agli inverter solari prima e alla rete di trasmissione nazionale poi.
La struttura fotovoltaica agricola 1 ? pensata in modo tale da favorire la produzione elettrica dei pannelli 3 e quella agricola, sia delle colture sottostanti i pannelli 3 sia delle culture sottostanti i vetri 4.
I vetri 4 hanno lo scopo di diffondere la luce solare in maniera uniforme alle colture sottostanti.
I mezzi di illuminazione 5 permettono di incrementare la produzione agricola di queste colture, fornendo luce ulteriore a quelle che ne hanno maggiormente bisogno, durante particolari periodi dell?anno.
La rete antigrandine 8, oltre a proteggere dagli eventi metereologici estremi, ha anche lo scopo di ombreggiare le colture nei periodi pi? caldi dell?anno aumentandone la produzione e diminuendone il consumo di acqua.
Gli ugelli hanno lo scopo di raffreddare i pannelli 3 mentre le colture sottostanti vengono irrigate.
I mezzi di controllo, prendendo i dati dai sensori e analizzandoli attraverso algoritmi avanzati, stabiliscono il giusto apporto di acqua e luce da fornire alle colture, per massimizzare la loro produzione agricola nonostante il variare delle condizioni climatiche durante l?anno.
A seconda delle colture e della tipologia di terreno, la struttura 2 pu? essere monoassiale oppure fissa.
Per mono-assiale si intendono tutte quelle strutture cosiddette ad inseguimento solare mono-assiale, pi? precisamente quelle strutture che sono in grado di seguire, durante la giornata, la posizione del sole da est a ovest, avendo come asse di rotazione orizzontale quello nord-sud. In questo modo, i pannelli 3 si trovano continuamente nella migliore angolazione possibile rispetto al sole e ci? porta ad un aumento della loro produttivit?, se paragonato a quella di pannelli 3 di una struttura fissa.
Entrambe queste tipologie di struttura 2 sono progettate in modo tale da poter ospitare sia i vetri 4 che i pannelli 3, sia mono-facciali che bi-facciali reperibili sul mercato.
La struttura 2 di tipo mono-assiale presenta un numero di montanti verticali 21 proporzionali alla lunghezza della stessa struttura 2. La trave orizzontale 22 ? vincolata ai montanti verticali 21 attraverso dei cuscinetti a sfera. Un motore fa ruotare la trave orizzontale 22 e trasmette il movimento rotativo alle intelaiature 23 e quindi ai pannelli 3 di tipo mono-facciale o bi-facciale, ed ai vetri 4.
Vantaggiosamente i pannelli 3 seguono il movimento del sole, incrementando l?energia elettrica prodotta dell?impianto di produzione a fonti rinnovabili.
Per diminuire al massimo le ombre della struttura sui pannelli 3 di tipo bi-facciale, ? preferibile che i pannelli 3 siano predisposti con il loro lato corto lungo la trave orizzontale 22 come mostrato nella figura 1.
Ciascuna struttura 2 supporta due file di pannelli 3 e di vetri 4, una alla destra e una alla sinistra della trave orizzontale 22.
Lo sviluppo complessivo della sezione corta della struttura 2 ? per esempio di circa 5 m (metri).
Per quanto riguarda la dimensione della sezione lunga della struttura 2, questa dipende da numerosi fattori, come per esempio la potenza dei pannelli 3, le caratteristiche elettriche delle stringhe, il numero di vetri 4 rispetto al numero dei pannelli 3, le caratteristiche del terreno 6.
Per esempio, una struttura 2 che ospita quaranta pannelli 3 di tipo bi-facciale e dodici vetri 4, ? lunga circa 31 m.
Quando l?intelaiatura 23 ? nella posizione pi? inclinata (? 55 gradi), la struttura 2 presenta contemporaneamente un?altezza massima da terra di circa 4,6 m ed un?altezza minima pari a 0,5 m. Quando invece l?intelaiatura 23 ? in posizione orizzontale, la sua altezza da terra risulta essere di circa 2,5 m.
La fondazione delle strutture 2 ? ancorata al terreno tramite zavorre o tramite pilasti battuti con battipalo per una profondit? che dipende dalla tipologia del terreno 6 e dall?altezza massima della struttura 2.
Come mostrato in figura 3, i montanti verticali 21 sono uniti anche da una ulteriore trave 25, che ha lo scopo di supportare sia i mezzi di irrigazione 7, compresi gli ugelli, che i mezzi di illuminazione 5.
Anche la struttura 2 di tipo fisso presenta un numero di montanti verticali 21 proporzionali lunghezza della stessa.
Differentemente l?inclinazione dei pannelli 3 rimane fissa per tutta la vita utile della struttura fotovoltaica agricola 1. L?angolo di inclinazione dei pannelli 3 e dei vetri 4 ? funzione delle caratteristiche del terreno 6 e della latitudine. Anche in questo caso, per diminuire al massimo le ombre della struttura 2 sui pannelli fotovoltaici di tipo bifacciale, ? preferibile che i pannelli 3 siano predisposti con il loro lato corto lungo la trave orizzontale 22
Sia per strutture 2 di tipo mono-assiale che fissa, da un punto di vista tecnico, il rapporto ottimale tra numero di vetri 4 e numero di pannelli 3 ? funzione delle caratteristiche del terreno e di quelle climatiche: una soluzione ottimale prevede che il rapporto tra superficie vetrata e quella dei pannelli 3 sia compreso tra 0,1 e 0,4.
Vantaggiosamente la struttura fotovoltaica agricola 1, nelle diverse configurazioni di installazione, permette di avere condizioni ambientali e luminose idonee alla coltivazione anche nella parte di terreno sottostante i pannelli 3.
Un elemento di cui le colture non possono fare a meno ? l?acqua.
La struttura fotovoltaica agricola 1 prevede mezzi di irrigazione 7 comandati dai mezzi di controllo in base ai valori rilevati dai sensori di umidit? presenti nel terreno 6.
Vantaggiosamente l?acqua viene usata prima per il raffreddamento dei pannelli 3, e solo dopo ai fini dell?irrigazione delle colture stesse.
Nebulizzando (o tramite circolazione forzata) in parte o tutta l?acqua contro la parte inferiore di ciascun pannello 3 tramite gli ugelli, si assiste ad un suo abbassamento della temperatura con conseguente aumento di potenza e quindi di efficienza.
Il pannello 3, infatti, perde efficienza all?aumentare della temperatura.
Il descritto raffreddamento dei pannelli 3 permette quindi di incrementare sia l?efficienza che la producibilit? dell?impianto di circa lo 0,35% per ogni ?C (grado centigrado) diminuito in questo modo: abbassando la temperatura dei pannelli da 50?C a 35?C, per esempio, si ha un incremento di produzione superiore al 5%.
L?acqua, che ? stata utilizzata per il raffreddamento dei pannelli, precipiter? quindi a terra, irrigando le colture presenti. L?utilizzo d?acqua a beneficio dell?impianto fotovoltaico non implica nessuna spesa idrica addizionale in quanto la stessa acqua sarebbe stata comunque utilizzata per uso agricolo.
Il raffreddamento dei pannelli 3 avviene quindi a seguito di spruzzo diretto mediante gli ugelli sulla parte inferiore dei pannelli 3, in cui per spruzzo diretto s?intende un?emissione di acqua degli ugelli verso la parte inferiore dei pannelli 3, eventualmente anche in forma nebulizzata. Gli ugelli sono direzionati verso la parte inferiore di pannelli 3 in modo che l?acqua prima bagni la parte inferiore dei pannelli 3 e poi, per gravit?, finisca sul terreno agricolo.
L?umidit? del terreno 6 al di sotto della struttura fotovoltaica agricola 1 viene monitorata tramite sensori di umidit? del suolo mentre i sensori di temperatura forniscono ai mezzi di controllo dati sulla temperatura della superficie dei pannelli 3. Partendo da questi dati, i mezzi di controllo elaborano quando ? il momento migliore per inviare i segnali di accensione e spegnimento dei mezzi di irrigazione 7, in modo tale da ottimizzare la produzione della struttura fotovoltaica agricola 1, sia energetica che in termini di colture agricole.
I mezzi di controllo hanno lo scopo di gestire i mezzi di illuminazione 5 ed i mezzi di irrigazione 7 dei pannelli 3.
I mezzi di controllo comprendono un controllore logico programmabile (PLC) che riceve dati dai sensori e, grazie ad algoritmi avanzati, invia segnali di accensione o spegnimento ai mezzi di illuminazione 5 ed alle pompe dei mezzi di irrigazione 7.
Tra i sensori che comunicano con i mezzi di controllo, i pi? importanti sono:
? solarimetri, ovvero sensori di irraggiamento, presenti sia allo stesso livello della superficie dei pannelli 3 che al di sotto degli stessi,
? sensori di umidit? del suolo,
? sensori di temperatura esterna e del suolo,
? sensori di temperatura dei pannelli 3.
In base alla tipologia di coltura e ad altre condizioni ambientali e del terreno, potrebbero di volta in volta essere implementate anche altre tipologie di sensori. Gli algoritmi dei mezzi di controllo sono sempre adeguati in base al numero, alle tipologie ed infine al posizionamento di tutti i sensori afferenti i mezzi di controllo.
Come detto precedentemente, in base al numero e alla tipologia di questi sensori, i mezzi di controllo potrebbero essere sufficienti per una sola struttura 2 oppure per un numero maggiore di strutture 2. In quest?ultimo caso, il box contenente il controllore logico programmabile dovr? essere disposto in un punto quanto pi? baricentrico possibile rispetto ai sensori. Questo box viene alloggiato presso uno dei due montanti verticali 2 esterni.
Lo scopo principale della rete anti-grandine 8 ? quello di proteggere le colture in caso di eventi atmosferici estremi come forti grandinate. Dato che le grandinate sono generalmente accompagnate da forti venti, ? fondamentale che la rete non sia fissata solo alle due parallele strutture 2, bens? abbia una propria struttura di sostegno aggiuntiva alla quale ancorarsi tramite corde molto resistenti e tiranti in acciaio: da qui l?uso dei gi? citati ulteriori montanti verticali 24 che, generalmente in legno o in ferro, sono ancorati direttamente al terreno 6 che si trova tra le due strutture 2 come mostrato in figura 3.
La disposizione e l?altezza di questi ulteriori montanti verticali 24 dipende dalla tipologia di coltura e di terreno 6.
Queste reti anti-grandine 8 devono essere quindi rimovibili all?occorrenza ed inoltre devono essere anche resistenti ed elastiche, per adattarsi sia al carico dovuto alla grandine che all?eventuale movimento rotatorio in caso di sistema mono-assiale. Questo per evitare che tutta la rete anti-grandine 8 venga danneggiata e di conseguenza le colture sottostanti.
In aggiunta a questo scopo principale, la rete antigrandine 8 svolge altre funzioni, come per esempio quella di proteggere le colture da uccelli e quella di ombreggiare le colture nei caldi mesi estivi.
In questo modo, la struttura fotovoltaica agricola 1 ? in grado di proteggere dalla luce diretta e dagli eventi metereologici estremi sia i terreni coltivati sottostanti le strutture 2 dei pannelli 3 e dei vetri 4, ma anche quelli compresi tra una struttura 2 e l?altra.
La struttura fotovoltaica agricola 1 risulta quindi composta da un numero variabile di strutture 2, di intelaiature 23, di pannelli 3 e di vetri 4.
La combinazione innovativa di diverse tecnologie, funzionanti in maniera automatica grazie all?ampia rete di sensori e alla loro gestione dei mezzi di controllo, fa s? che la struttura fotovoltaica agricola 1 sia in grado di:
? produrre energia elettrica da fonte rinnovabile per ridurre le emissioni di gas serra, diminuendo, ma solo in modo non significativo, la superficie coltivabile del terreno;
? aumentare la produzione agricola fornendo luce diffusa naturale, e luce artificiale se necessaria, a tutte le tipologie di colture collocate sotto le strutture, che non prediligono una quantit? eccessiva di luce solare diretta; ? proteggere la produzione agricola di tutte le tipologie di colture, sia quelle collocate sotto le strutture sia quelle tra le strutture, da eventi meteorologici estremi, per esempio grandine;
? diminuire l?evaporazione eccessiva delle colture sottostanti le strutture e quelle tra le strutture per abbattere di conseguenza la loro necessit? di acqua di irrigazione;
? raffreddare i pannelli 3, con conseguente aumento della loro produzione elettrica, durante l?irrigazione delle colture;
? coltivare anche quei terreni non pi? idonei alla coltivazione causa siccit?, nonch? quelli che sono potenzialmente a rischio a causa dei cambiamenti climatici.

Claims (9)

RIVENDICAZIONI
1. Struttura fotovoltaica agricola (1) comprendente almeno una struttura di sostegno (2), pannelli fotovoltaici (3) e vetri (4) supportati da detta struttura di sostegno (2), mezzi di irrigazione (7) di un sottostante terreno agricolo (6), mezzi di illuminazione (5) del sottostante terreno agricolo (6), e mezzi di controllo,
caratterizzata dal fatto che
la struttura di sostegno (2) comprende almeno un?intelaiatura (23) atta a supportare affiancati sia i pannelli fotovoltaici (3) che i vetri (4) realizzando una copertura sopra il terreno agricolo (6) in parte idonea a diffondere la luce sul sottostante terreno agricolo (6) mediante i vetri (4),
in cui i mezzi di irrigazione (7) comprendono ugelli atti a bagnare la parte inferiore dei pannelli fotovoltaici (3) cos? raffreddandoli, l?acqua ricadendo poi per gravit? sul terreno agricolo (6),
i cui i mezzi di controllo sono atti ad attivare i mezzi di irrigazione (7) ed i mezzi di illuminazione (5) in base a sensori.
2. Struttura fotovoltaica agricola (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di comprendere due strutture di sostegno (2) tra loro parallele, ed una rete antigrandine (8) atta a proteggere una altrimenti scoperta porzione di terreno agricolo (6) compresa tra dette due strutture di sostegno (2).
3. Struttura fotovoltaica agricola (1) secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che la rete antigrandine (8) ? tenuta aperta e sospesa a protezione del sottostante terreno agricolo (6) tra le due strutture di strutture di sostegno (2) mediante attacchi ai bordi tra loro affacciati delle intelaiature (23) ed il supporto di montanti verticali intermedi (24).
4. Struttura fotovoltaica agricola (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il rapporto tra la superficie dei vetri (4) e quella dei pannelli fotovoltaici (3) ? compresa tra 0,1 e 0,4.
5. Struttura fotovoltaica agricola (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di essere di tipo mono-assiale o fissa.
6. Struttura fotovoltaica agricola (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere montanti verticali (21) ed una trave orizzontale (23) sostenuta dai montanti verticali (21), in cui i pannelli fotovoltaici (3) sono montati con il loro lato corto lungo la trave orizzontale (22).
7. Struttura fotovoltaica agricola (1) secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto ciascuna struttura di sostegno (2) supporta due file di pannelli fotovoltaici (3) e di vetri (4), una alla destra e una alla sinistra della trave orizzontale (22).
8. Struttura fotovoltaica agricola (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere una ulteriore trave orizzontale (25) atta a supportare sia i mezzi di irrigazione (7) che i mezzi di illuminazione (5).
9. Uso di mezzi di irrigazione (7) di un terreno agricolo (6) in una struttura fotovoltaica agricola (1) comprendente almeno una struttura di sostegno (2), pannelli fotovoltaici (3) e vetri (4) supportati da detta struttura di sostegno (2), mezzi di illuminazione (5) del terreno agricolo (6), e mezzi di controllo,
caratterizzato dal fatto di prevedere il raffreddamento dei pannelli fotovoltaici (3) a seguito di spruzzo diretto mediante ugelli sulla parte inferiore dei pannelli fotovoltaici (3).
IT102021000029009A 2021-11-16 2021-11-16 Struttura fotovoltaica agricola con raffreddamento controllato. IT202100029009A1 (it)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT102021000029009A IT202100029009A1 (it) 2021-11-16 2021-11-16 Struttura fotovoltaica agricola con raffreddamento controllato.
US17/679,217 US11980146B2 (en) 2021-11-16 2022-02-24 Agricultural photovoltaic structure with controlled cooling
EP22206841.3A EP4179870B1 (en) 2021-11-16 2022-11-11 Agricultural photovoltaic structure with controlled cooling

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT102021000029009A IT202100029009A1 (it) 2021-11-16 2021-11-16 Struttura fotovoltaica agricola con raffreddamento controllato.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
IT202100029009A1 true IT202100029009A1 (it) 2023-05-16

Family

ID=79831724

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
IT102021000029009A IT202100029009A1 (it) 2021-11-16 2021-11-16 Struttura fotovoltaica agricola con raffreddamento controllato.

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11980146B2 (it)
EP (1) EP4179870B1 (it)
IT (1) IT202100029009A1 (it)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011047828A1 (en) * 2009-10-23 2011-04-28 Miramare Hilltop Di Di Febo, Donato Integrated system of a modular load-bearing structure and an installation system of solar tracking photovoltaic panels for electrical energy production, rainwater recovery and tillage of the ground beneath
US20120111389A1 (en) * 2010-11-05 2012-05-10 Young Hwan Park Apparatus for tracking and condensing sunlight of sliding type
AT511969B1 (de) * 2011-10-21 2013-04-15 HBT ENERGIETECHNIK GmbH Vorrichtung mit einer mehrzahl von energiewandlerelementen
US20170202155A1 (en) * 2015-08-06 2017-07-20 Farm Land Co., Ltd. Soil cultivation system equipped with solar panel
US20170272031A1 (en) * 2016-03-16 2017-09-21 Hardware Labs Performance Systems, Inc. Cooling apparatus for solar panels
CN207995729U (zh) 2017-11-29 2018-10-23 中节能(长兴)太阳能科技有限公司 一种光伏农业大棚
DE102019101091A1 (de) * 2018-01-17 2019-07-18 Michael Fleisser Solarenergiegewinnungs- und Agrarflächennutzungsvorrichtung
US20200337251A1 (en) * 2019-04-29 2020-10-29 Tammy L. James Plant Growing Apparatus

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8429861B2 (en) * 2003-04-02 2013-04-30 P4P Holdings Llc Solar array support methods and systems
TW200526113A (en) * 2003-09-15 2005-08-16 Inventqjaya Sdn Bhd Agricultural module and system
TW200526112A (en) * 2003-10-10 2005-08-16 Inventqjaya Sdn Bhd Hillside farming module and system
CN1973610A (zh) * 2006-12-22 2007-06-06 万尤宝 一种沙漠治理方法及其涉及的装置
US8453659B2 (en) * 2008-11-19 2013-06-04 Joen-An Oliver Ma Outdoor AV display arrangement for outdoor shading device
US20200253133A1 (en) * 2010-03-23 2020-08-13 Myles D. Lewis Semi-automated crop production system
US10624275B1 (en) * 2010-03-23 2020-04-21 Myles D. Lewis Semi-automated crop production system
US8468741B2 (en) * 2010-03-23 2013-06-25 Myles D. Lewis Semi-automated crop production system
US9088181B2 (en) * 2012-07-27 2015-07-21 Zon Sunshades with solar power supplies for charging electronic devices
US9380748B2 (en) * 2013-03-15 2016-07-05 Ravi Nallakrishnan Revocable Trust Vegetation protection system
FR3019274B1 (fr) * 2014-03-26 2020-05-22 Sun'r Procede de production d'energie electrique adapte aux cultures
IL251076B2 (en) * 2014-09-11 2023-11-01 Surany Res And Development Llc A modular solar system and crop management method
WO2017072677A1 (en) * 2015-10-30 2017-05-04 University Of Maryland Vegetated canopy apparatus, system, and method
MX2021014990A (es) * 2019-06-12 2022-04-20 Tamburrino Luigi Giuseppe Maria Venusio Invernadero con sistema fotovoltaico.

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011047828A1 (en) * 2009-10-23 2011-04-28 Miramare Hilltop Di Di Febo, Donato Integrated system of a modular load-bearing structure and an installation system of solar tracking photovoltaic panels for electrical energy production, rainwater recovery and tillage of the ground beneath
US20120111389A1 (en) * 2010-11-05 2012-05-10 Young Hwan Park Apparatus for tracking and condensing sunlight of sliding type
AT511969B1 (de) * 2011-10-21 2013-04-15 HBT ENERGIETECHNIK GmbH Vorrichtung mit einer mehrzahl von energiewandlerelementen
US20170202155A1 (en) * 2015-08-06 2017-07-20 Farm Land Co., Ltd. Soil cultivation system equipped with solar panel
US20170272031A1 (en) * 2016-03-16 2017-09-21 Hardware Labs Performance Systems, Inc. Cooling apparatus for solar panels
CN207995729U (zh) 2017-11-29 2018-10-23 中节能(长兴)太阳能科技有限公司 一种光伏农业大棚
DE102019101091A1 (de) * 2018-01-17 2019-07-18 Michael Fleisser Solarenergiegewinnungs- und Agrarflächennutzungsvorrichtung
US20200337251A1 (en) * 2019-04-29 2020-10-29 Tammy L. James Plant Growing Apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
US11980146B2 (en) 2024-05-14
US20230148487A1 (en) 2023-05-18
EP4179870A1 (en) 2023-05-17
EP4179870B1 (en) 2024-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yano et al. Energy sustainable greenhouse crop cultivation using photovoltaic technologies
ES2745329T3 (es) Procedimiento de generación de energía eléctrica adaptado a los cultivos
CN203435457U (zh) 一种太阳能光伏农业大棚
CN201766902U (zh) 温室用太阳能模块
CN204350720U (zh) 基于日光追踪式的智能光照立体种植系统
CN204272804U (zh) 一种农业种植温室
CN107484580A (zh) 具有太阳能集蓄热系统的大棚式日光温室及其应用
CN104396609A (zh) 基于日光追踪式的智能光照立体种植系统
CN108271580A (zh) 集热蓄热温室
CN103798080A (zh) 一种集能蓄热的南北双向日光温室
CN203775790U (zh) 一种双向调温节能日光温室
CN214593170U (zh) 一种太阳能供暖的温室大棚
CN206165310U (zh) 一种育苗温室系统
CN210641830U (zh) 一种用于昼夜大温差及日照时间受限下的温室大棚系统
CN205682013U (zh) 一种多功能温室大棚
JP2020184987A (ja) ソーラーシェアリングシステム
IT202100029009A1 (it) Struttura fotovoltaica agricola con raffreddamento controllato.
CN207476388U (zh) 菇菜共生的栽培设施
CN213153144U (zh) 一种光伏大棚
KR102279501B1 (ko) 반사경을 이용한 식물의 재배구조
KR101136032B1 (ko) 식물공장 시스템
CN215380234U (zh) 一种用于追光补光系统的栽培装置
CN208657476U (zh) 寒地日光田园温室
KR102209539B1 (ko) 태양광을 이용한 어류 양식 및 버섯 재배설비
CN208047486U (zh) 集热蓄热温室