Serra fotovoltaica – struttura economica, vantaggiosa per il generatore fotovoltaico e per la produzione agricola

Il punto di equilibrio tra la necessità di creare un ambiente perfetto per la coltura e una struttura durevole, economica, solida e performante per il generatore fotovoltaico

Le Serre diventano sempre più dei concentrati di tecnologia. Dal semplice tunnel protetto si è progressivamente passati a serre che tendono a creare degli ambienti chiusi, dove entra il seme ed esce il prodotto finito. Questo tipo di impianti devono rispettare alcuni parametri fondamentali, i più rilevanti sono:

  1. durata nel tempo delle coperture;
  2. una intrinseca robustezza strutturale;
  3. protezione delle strutture di acciaio;
  4. una perfetta armonia tra gli impianti tecnologici integrati;
  5. e non da ultimo, devono essere economiche.

In una serra gli elementi principali che influenzano la durata nel tempo sono: fondazioni e struttura in acciaio, e i pannelli di copertura. 

Per quanto riguarda quest’ultimo elemento, quando è possibile preferiamo realizzare coperture in policarbonato, del tipo limpido, in grado di far passare la radiazione luminosa fino al 90% come il vetro (vedi l’articolo dove viene confrontato il vetro con il policarbonato).

È ovvio che l’installazione di coperture in vetro può avere dei vantaggi ma anche delle intrinseche fragilità, mentre il policarbonato ha delle caratteristiche tali da renderlo praticamente uguale a se stesso almeno fino a 20 anni (per la sua elevata resistenza ai raggi UV e non da meno genera una buona protezione dalle radiazioni UV) e dal punto di vista della trasmissione luminosa mentre all’angolo di impatto a 90° il vetro e i pannelli in policarbonato mostrano una trasmissione luminosa simile; a bassi angoli di incidenza il policarbonato ondulato da 0,8 mm trasmette quasi il 50% in più di luce.

Inoltre è di facile installazione e sostituzione e consente di prevenire lo sgocciolamento da condensa.  

La struttura in acciaio della serra deve seguire un processo di progettazione che può essere schematizzato in questo modo:

  • scelta dei materiali;
  • predimensionamento strutturale;
  • analisi strutturale,  per valutare gli effetti delle azioni esterne sulla stessa struttura; 
  • verifica della resistenza dove le sollecitazioni resistenti devono essere maggiori di quelle agenti;
  • verifica che le deformazioni della struttura siano inferiori ai limiti prestabiliti dalla normativa.

Un sistema strutturale è, in generale, scomponibile in sistemi via via più semplici, fino ad arrivare ai singoli componenti. Dunque un sistema armonico dove tutto, anche il più piccolo elemento di fissaggio, deve rispondere a precisi criteri di:

  • affidabilità, deve essere in grado di resistere ai carichi agenti in fase di esecuzione e di esercizio;
  • robustezza, in caso di eventi eccezionali, i danni strutturali non devono essere sproporzionati rispetto alle cause scatenanti;
  • durata, le caratteristiche fisiche e meccaniche devono rimanere invariate per tutta la vita utile dell’opera;
  • precauzione, i materiali e i componenti devono avere caratteristiche geometriche e meccaniche certe e in particolare nel caso dell’acciaio, questo viene garantito dalla marcatura CE del prodotto.

Le normative nazionali ed europee considerano le seguenti classi di acciaio da carpenteria per la realizzazione di profilati laminati a caldo a sezione aperta (NTC 2008, tabella 11.3.IX; UNI EN 1993, prospetto 3.1):

  • S 235 (Fe 360)
  • S 275 (Fe 430)
  • S 355 (Fe 510)
  • S 460

Il valore dopo la S (steel ) indica la tensione caratteristica di snervamento. Tra parentesi è indicata la denominazione che gli stessi acciai avevano nelle normative precedenti.

La zincatura a caldo. É di fondamentale importanza garantire nel tempo la funzionalità, la sicurezza e la fruibilità delle strutture in acciaio.

La ruggine, se lasciata libera di agire, riduce la vita utile dell’acciaio e ne deteriora le caratteristiche. Il trattamento anticorrosivo con il miglior rapporto costo/protezione/durabilità è la zincatura a caldo.

L’azione anticorrosiva offerta dalla zincatura a caldo è di tipo sia passiva che attiva ed ha la capacità di proteggere anche le superfici interne di un manufatto. Durante la fase di zincatura si forma una vera e propria lega ferro-zinco per cui lo strato protettivo resta tenacemente aderente all’acciaio.

Queste ed altre caratteristiche sono esclusive della zincatura a caldo. Una strategia protettiva duratura come la zincatura, comporta un risparmio essenziale in termini di risorse naturali ed energetiche oltre che economiche.

Le ISO 1461 (norme internazionali per la zincatura a caldo) definiscono gli spessori minimi necessari per considerare conforme lo strato protettivo di zinco. Lo spessore medio del rivestimento deve essere almeno 45 micron (spessore acciaio < 1,5mm); almeno 55 micron (acciaio tra 1,5 e 3,0mm); almeno 70 micron (acciaio tra 3,1 e 6,0mm); almeno 85 micron (acciaio > 6mm) per avere durate fino a 80-100 anni.

Il generatore fotovoltaico è del tutto confinato dal punto di vista impiantistico rispetto agli impianti della serra, ma la sua presenza può portare grandi benefici alla produzione agricola.

In alcuni casi è necessario integrare la radiazione luminosa per alcune colture con sistemi di lampade, perlopiù a led, in questo caso l’azienda agricola può prelevare energia direttamente dal generatore o dai sistemi di accumulo con un risparmio rilevante in bolletta.

Nei sistemi di coltura indoor la presenza di un generatore fotovoltaico può essere un elemento sinergico importante che genera una straordinaria compatibilità del progetto agricolo con lo stesso generatore fotovoltaico.

Ci sono altre sinergie tra i sistemi di impianto, come la possibilità di alimentare i sistemi di pompaggio, dall’irrigazione agli scambiatori di calore, ecc.

Il rapporto potenza/peso è un parametro comunemente utilizzato per confrontare le prestazioni dei veicoli o dei motori di automobili, motociclette, ecc..  È definito come il rapporto fra la potenza del motore e il peso (o meglio la massa) del veicolo (o talvolta si indica il rapporto tra potenza e peso del motore), il rapporto peso/potenza è naturalmente il suo inverso. 

Questo rapporto può essere un ottimo indicatore tra la potenza installata sulla serra fotovoltaica e il peso della struttura impiegata per accoglierla.

Qui sotto un modello di calcolo che può fornire un’idea di come i dati strutturali si combinano con gli altri valori, come irraggiamento, ombreggiamento o spazio destinato al generatore PV, efficienza dei moduli fotovoltaici ecc. 

efficienza serra
30
1000
Es. 1412 W/m² gennaio
19
Es. Mono 19%, Poli 20%, CUdTe 16%
3.5
Superficie impegnata dal PV
Dimensione del generatore PV
Numero dei Wp per l’intera superficie
Riferito alla struttura
Riferito alla struttura
Riferito alla struttura

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