Quanta energia consuma un impianto commerciale di coltivazione in container?

Quanta energia consuma un impianto commerciale di coltivazione in container?

La pianificazione energetica è una delle componenti più importanti di un progetto commerciale di coltivazione in container. Una coltivazione in container può utilizzare contemporaneamente lampade a LED, impianti di condizionamento, deumidificatori, ventilatori, pompe, sensori, centraline di controllo e sistemi di comunicazione.

Poiché l'energia viene utilizzata in modo continuativo o secondo un programma di produzione regolare, il modello di consumo elettrico può influenzare i costi di produzione, le strategie di prezzo, la progettazione degli impianti e la redditività a lungo termine. Tuttavia, non esiste un unico valore energetico applicabile a tutte le aziende agricole in container.

Il consumo energetico dipende dalla coltura, dal numero di strati di coltivazione, dal programma di illuminazione, dal clima, dall'efficienza delle attrezzature, dalla densità di produzione e dalle procedure operative. L'approccio più affidabile consiste nell'identificare ogni carico principale e calcolare il consumo energetico in base al programma operativo pianificato.

Perché la pianificazione energetica è importante nell'agricoltura in container

La coltivazione in ambienti chiusi offre all'operatore un maggiore controllo sulle condizioni di coltivazione, ma questo controllo dipende dalle attrezzature. L'illuminazione artificiale sostituisce o integra la luce solare, i sistemi di climatizzazione gestiscono il calore e l'umidità e le pompe trasportano acqua e sostanze nutritive all'interno del sistema di coltivazione.

Il modello energetico incide non solo sulla bolletta elettrica mensile, ma anche sulla capacità elettrica necessaria, sull'alimentazione di riserva, sulla gestione termica, sui costi di produzione e sul ritorno sull'investimento.

Un progetto che include la pianificazione energetica fin dalle fasi iniziali consente di selezionare le apparecchiature con maggiore precisione ed evitare di elaborare un programma di produzione che superi la disponibilità di energia elettrica.

Principali fonti di consumo energetico

In un impianto commerciale di coltivazione in container, i maggiori consumi elettrici derivano solitamente dall'illuminazione e dalla climatizzazione. Altri sistemi, pur consumando singolarmente meno energia, contribuiscono comunque al carico operativo totale.

• Luci a LED per la coltivazione.
• Impianti di climatizzazione e raffreddamento.
• Deumidificatori.
• Ventilatori di circolazione e ventilazione.
• Pompe per l'acqua e apparecchiature per il dosaggio dei nutrienti.
• Pannelli di controllo, sensori e sistemi di comunicazione.
• Apparecchiature per il trattamento e la filtrazione dell'acqua.

La ripartizione esatta di ciascun carico dipende dalla struttura. Un container ad alta densità di piante a foglia verde con lunghe ore di illuminazione potrebbe essere dominato dalla domanda di LED, mentre un progetto in un clima caldo e umido potrebbe richiedere una quota maggiore di energia per il raffreddamento e la deumidificazione.

L'illuminazione a LED è spesso il carico maggiore

L'illuminazione a LED è essenziale per la maggior parte delle coltivazioni in container completamente chiuse. Il fabbisogno totale di illuminazione dipende dalla potenza degli apparecchi, dal loro numero, dal numero di livelli di coltivazione, dal programma di illuminazione giornaliero e dalle esigenze di luce delle colture.

Un semplice calcolo dell'illuminazione è il seguente:

Consumo energetico giornaliero per l'illuminazione = Potenza totale dei LED × Ore di illuminazione al giorno

Ad esempio, se una zona di produzione utilizza 12 kilowatt di illuminazione a LED per 16 ore al giorno, il fabbisogno di illuminazione giornaliero stimato è:

12 kW × 16 ore = 192 kWh al giorno

Questo è solo un esempio per comprendere il metodo di calcolo. I requisiti effettivi devono essere basati sugli apparecchi selezionati, sul tipo di coltura, sulla configurazione del rack, sul livello di luce desiderato e sul programma operativo.

Nella scelta del sistema, è necessario considerare l'efficienza dei LED, la distribuzione della luce, la produzione di calore, la capacità di regolazione dell'intensità luminosa e la durata degli apparecchi. Il prezzo d'acquisto più basso non sempre si traduce nel minor costo energetico a lungo termine.

Carichi di raffreddamento e climatizzazione

Gli apparecchi a LED convertono parte dell'energia elettrica in calore. Anche pompe, apparecchiature di controllo, operatori e le colture stesse contribuiscono al carico termico interno. Il contenitore deve dissipare questo calore per mantenere un ambiente di crescita adeguato.

Il fabbisogno di raffreddamento dipende dalla potenza dei LED, dall'isolamento del contenitore, dalla temperatura esterna, dalla frequenza di apertura delle porte, dalla densità delle colture, dall'efficienza delle apparecchiature e dalle condizioni interne desiderate.

Un clima caldo può richiedere una maggiore capacità di raffreddamento e orari di funzionamento più lunghi. Un container ben isolato può ridurre la dispersione di calore, ma l'isolamento non elimina la necessità di apparecchiature climatiche di dimensioni adeguate.

La progettazione climatica dovrebbe quindi basarsi sul carico termico interno totale e sulle condizioni meteorologiche locali, piuttosto che sul solo volume del container.

Deumidificazione e gestione dell'umidità

Le piante rilasciano vapore acqueo attraverso la traspirazione. Anche l'irrigazione, la pulizia e i processi di condizionamento dell'aria possono influenzare l'umidità all'interno del contenitore.

Se l'umidità diventa troppo elevata, potrebbe essere necessario deumidificare l'allevamento o aumentare il funzionamento dell'impianto di condizionamento. Ciò è particolarmente importante nei sistemi verticali ad alta densità, dove la circolazione dell'aria tra le scaffalature può essere limitata.

La gestione dell'umidità deve essere considerata insieme al controllo della temperatura e al flusso d'aria. Un deumidificatore che rimuove l'umidità ma genera una quantità considerevole di calore può aumentare il carico termico. Pertanto, una progettazione climatica integrata risulta più efficace rispetto alla scelta di ciascun dispositivo singolarmente.

Ventilatori, pompe e sistemi idrici

I ventilatori di circolazione contribuiscono a distribuire l'aria tra i diversi livelli di coltivazione e a ridurre le differenze di temperatura e umidità. Il loro consumo energetico individuale può essere inferiore a quello delle lampade a LED o dei condizionatori d'aria, ma spesso funzionano per lunghi periodi.

Le pompe dell'acqua spostano la soluzione nutritiva attraverso canali NFT, sistemi di coltura in acqua profonda, vassoi a flusso e riflusso, torri verticali o altri sistemi di coltivazione. Anche le pompe dosatrici, i filtri, il trattamento a raggi ultravioletti e le apparecchiature per il trattamento dell'acqua possono contribuire al carico totale.

Questi sistemi devono essere selezionati in base alle esigenze della coltura e alla progettazione idraulica. Pompe sovradimensionate possono causare sprechi di energia, mentre pompe sottodimensionate possono creare una circolazione inadeguata o un'irrigazione irregolare.

Come la scelta delle colture influenza il fabbisogno energetico

Le diverse colture hanno esigenze energetiche differenti. Verdure a foglia verde, erbe aromatiche, microverdure, piantine, pomodori, cetrioli e altre colture possono richiedere diversi livelli di illuminazione, intervalli di temperatura, gestione dell'umidità, cicli di produzione e configurazioni delle attrezzature.

Le verdure a foglia compatte possono essere adatte alla produzione su più livelli, ma potrebbero richiedere numerosi strati illuminati. Le colture da frutto potrebbero richiedere più spazio e una gestione climatica più accurata, anche se la disposizione prevede un numero inferiore di livelli.

La scelta delle colture dovrebbe pertanto essere collegata al modello energetico. Il progetto dovrebbe stimare il costo dell'energia unitamente alla resa vendibile, al prezzo di vendita, alla manodopera, all'imballaggio e alla domanda di mercato.

Calcola il consumo energetico per zona di produzione

Una fattoria in container è più facile da gestire quando il consumo energetico viene suddiviso in zone di produzione. L'operatore può calcolare i carichi di illuminazione, climatizzazione, irrigazione e controllo per ciascuna zona, invece di considerare l'intero container come un'unica entità sconosciuta.

Un modello energetico totale di base è il seguente:

Consumo energetico totale = Energia per l'illuminazione + Energia per il raffreddamento + Energia per la deumidificazione + Energia per ventilatori e pompe + Energia per i sistemi di controllo e ausiliari

Per la pianificazione mensile:

Costo mensile dell'elettricità = Consumo energetico mensile × Prezzo locale dell'elettricità

Per l'analisi a livello di coltura:

Costo energetico per chilogrammo = Costo energetico totale del ciclo colturale ÷ Peso vendibile del raccolto

Queste equazioni non sostituiscono un calcolo ingegneristico dei carichi, ma forniscono una struttura di partenza utile per la pianificazione del progetto e le discussioni con i clienti.

Utilizza i profili di carico anziché solo i totali mensili

Il consumo mensile di elettricità è utile per la pianificazione del budget, ma non indica quando la struttura raggiunge il picco di domanda. Illuminazione, raffreddamento, pompe e deumidificazione possono funzionare contemporaneamente, creando un picco di carico che incide sull'infrastruttura elettrica.

Il progetto dovrebbe valutare i profili di carico giornalieri e orari. Ciò aiuta a determinare la capacità dei trasformatori, i quadri di distribuzione, il dimensionamento dei cavi, l'alimentazione di riserva e le eventuali esigenze di accumulo di energia.

Comprendere il carico di picco è importante anche quando più container operano nello stesso sito. Il carico totale collegato può essere significativamente superiore alla richiesta di una singola unità.

Migliorare l'efficienza energetica attraverso la progettazione del sistema.

L'efficienza energetica inizia con la progettazione del sistema di produzione. Le attrezzature devono essere selezionate in base alla coltura e alle effettive condizioni operative, anziché optare semplicemente per il modello più grande disponibile.

Le possibili misure di progettazione includono:

• Utilizzo di apparecchi a LED efficienti con un'adeguata distribuzione della luce.
• Separare le zone di illuminazione in modo che le aree non utilizzate non vengano illuminate.
• Adattare i programmi di illuminazione alla fase di crescita delle colture.
• Utilizzare materiali isolanti e porte sigillate per ridurre la dispersione di calore indesiderata.
• Trovare il giusto equilibrio tra deumidificazione e capacità di raffreddamento.
• Abbinare ventilatori e pompe alle reali esigenze di flusso d'aria e di consumo idrico.
• Manutenzione di filtri, serpentine, pompe e apparecchi di illuminazione.
• Utilizzo di sensori e controlli per evitare operazioni non necessarie.

L'obiettivo non è ridurre il funzionamento delle attrezzature a scapito della qualità del raccolto, bensì garantire le condizioni di crescita necessarie con un minore consumo energetico superfluo.

Includi l'energia nel modello di ROI

L'elettricità dovrebbe essere inclusa come costo operativo ricorrente fin dall'inizio del progetto. Il modello finanziario dovrebbe combinare il consumo di energia con la manodopera, le sementi, i nutrienti, l'acqua, l'imballaggio, la manutenzione, la logistica, le perdite di raccolto e il finanziamento.

Un modello utile per i costi operativi è il seguente:

Costo operativo totale = Energia + Manodopera + Semi e piantine + Nutrienti + Acqua + Imballaggio + Manutenzione + Logistica + Perdita di raccolto

Il costo energetico per chilogrammo può quindi essere confrontato con il prezzo medio di vendita e la resa vendibile. Questo aiuta il responsabile del progetto a capire se la coltura e il mercato sono adatti al formato di produzione selezionato.

Il modello dovrebbe includere scenari conservativi, previsti e ottimistici, poiché i prezzi dell'elettricità, la resa dei raccolti e i prezzi di mercato possono variare nel tempo.

Pianifica le utenze e l'alimentazione di emergenza

Un impianto di coltivazione in container a scopo commerciale richiede più di un semplice sistema di coltivazione. Il sito deve disporre di un'adeguata capacità elettrica, acqua, drenaggio, comunicazione e accesso per la manutenzione e le consegne.

La disponibilità di energia di riserva può essere importante per proteggere i raccolti e mantenere il controllo climatico durante le interruzioni. La capacità di riserva necessaria dipende da quali sistemi devono continuare a funzionare, dalla rapidità con cui è possibile fornire supporto e dalla sensibilità della coltura.

La pianificazione elettrica deve essere completata prima dell'installazione. Essa deve includere il carico collegato, il picco di domanda, i dispositivi di protezione, la messa a terra, il percorso dei cavi, le procedure di emergenza e le future espansioni.

Come Lyine supporta la pianificazione energetica per le aziende agricole in container

Un modello energetico affidabile richiede che vengano considerati congiuntamente il sistema di coltivazione, la configurazione delle scaffalature, l'illuminazione a LED, il controllo climatico, l'irrigazione, l'automazione, le utenze del sito e il piano colturale.

Lyine Group può aiutare i clienti a valutare le esigenze delle colture, la configurazione dell'illuminazione, la disposizione delle scaffalature verticali, l'irrigazione, il controllo ambientale, l'automazione, i requisiti elettrici e le necessità di espansione del progetto.

La raccomandazione finale deve essere adattata alla coltura di destinazione, alle dimensioni del contenitore, alle condizioni locali di fornitura di energia elettrica, al clima, al programma di produzione desiderato, al modello di manodopera e agli obiettivi commerciali.

Conclusione pratica

Non esiste un unico dato relativo al consumo di elettricità per tutte le aziende agricole commerciali che utilizzano container. Il consumo energetico dipende da illuminazione, controllo climatico, deumidificazione, ventilazione, irrigazione, tipo di coltura, densità di produzione, condizioni meteorologiche locali e orari di lavoro.

Il metodo più affidabile per pianificare il consumo energetico consiste nel calcolare ogni carico principale, analizzare la domanda giornaliera e di picco e correlare il risultato alla produzione agricola vendibile e ai prezzi locali dell'energia elettrica.

Quando la pianificazione energetica viene inclusa fin dall'inizio, un impianto di coltivazione in container può essere progettato tenendo conto di costi di produzione realistici, utenze adeguate e un modello operativo commerciale più chiaro.