یک تیم پژوهشی در ایتالیا یک سامانه پایش متشکل از ۱۲۱ حسگر برای گلخانههای اگریولتائیک توسعه داده است که بهصورت همزمان عملکرد سامانه خورشیدی، شرایط محیطی گلخانه و سیستم آبیاری را پایش میکند.
این سامانه در یک گلخانه مجهز به پنلهای خورشیدی نیمهشفاف در مرکز ایتالیا و در شرایط واقعی مورد آزمایش قرار گرفته است. هدف از توسعه آن، ایجاد یک معماری یکپارچه برای پایش دقیق محیط گلخانه و مدیریت آبیاری و همچنین فراهم کردن زیرساختی برای توسعه سیستمهای کنترلی تطبیقی مبتنی بر دوقلوی دیجیتال (Digital Twin) عنوان شده است.
یک سامانه برای پایش هم زمان خورشید، محیط و آبیاری
پلتفرم جدید از سه بخش اصلی تشکیل شده است:
- پایش عملکرد سیستم فتوولتائیک
- پایش اقلیم و شرایط محیطی گلخانه
- مدیریت و کنترل خودکار آبیاری
این حسگرها از طریق سه گذرگاه مستقل RS-485 Modbus RTU با یکدیگر ارتباط دارند و دادهها را در فاصلههای پنجدقیقهای ثبت میکنند. این ساختار امکان جمعآوری همزمان اطلاعات مربوط به سامانه خورشیدی، محیط گلخانه و وضعیت خاک را فراهم میکند.
آزمایش در یک گلخانه اگری ولتائیک واقعی
این سامانه در چارچوب پروژه اروپایی REGACE در یک گلخانه آزمایشی در شهر پونتینیا در مرکز ایتالیا آزمایش شد. این منطقه دارای اقلیم مدیترانهای است و میزان تابش افقی جهانی سالانه آن بیش از ۱۶۰۰ کیلوواتساعت بر مترمربع گزارش شده است.
گلخانه مورد مطالعه دارای مساحت ۱۸۰ مترمربع با ابعاد ۱۸ در ۱۰ متر است و در راستای شرق به غرب قرار گرفته است. حدود نیمی از سطح سقف گلخانه به یک سامانه اگریولتائیک مجهز به ردیاب تکمحوره اختصاص داده شده است.
سامانه خورشیدی نصبشده ظرفیتی برابر با ۴.۸ کیلووات دارد و از ۶۴ ماژول خورشیدی مونوکریستالی دوطرفه و نیمهشفاف از نوع PERC تشکیل شده است. توان هر ماژول ۷۵ وات بوده و پنلها در ارتفاع ۳.۲ متری از سطح زمین نصب شدهاند.
مقایسه بخشهای تحت پوشش پنل و بدون پوشش
برای بررسی تأثیر سامانه اگریولتائیک، فضای داخلی گلخانه به چهار بخش آزمایشی تقسیم شد. دو بخش در زیر پنلهای خورشیدی قرار داشتند و دو بخش دیگر به عنوان مناطق مرجع و بدون سایه پنل در نظر گرفته شدند. این طراحی به پژوهشگران اجازه داد شرایط مناطق تحت پوشش پنل و مناطق بدون پوشش را در شرایط مشابه سازهای، آبیاری و مدیریتی با یکدیگر مقایسه کنند.
در نخستین سال بهرهبرداری، یعنی در دوره ۲۰۲۵ تا ۲۰۲۶، چندین چرخه کشت شامل کدو سبز، کاهو، گوجهفرنگی، بادمجان، چغندر و رازیانه در گلخانه انجام شد.
چه دادههایی اندازهگیری میشوند؟
بخش مربوط به پایش سامانه خورشیدی، پارامترهایی مانند تابش کلی و بازتابی روی سطح مایل، دمای پشت ماژولها، شدت روشنایی، دمای هوا، رطوبت نسبی و میزان CO₂ را اندازهگیری میکند.
همچنین اندازهگیری شدت روشنایی در زیر پنلها برای کنترل ردیاب تکمحوره مورد استفاده قرار میگیرد. زمانی که میزان نور از یک آستانه تعیینشده کمتر شود، پنلها بهصورت خودکار به موقعیتی نزدیک به حالت عمودی حرکت میکنند.
بخش پایش اقلیم نیز از حسگرهایی در ارتفاعهای مختلف داخل و بالای گلخانه و یک ایستگاه هواشناسی خارجی استفاده میکند. این بخش پارامترهای زیر را اندازهگیری میکند :
- دما
- رطوبت
- غلظت CO₂
- تابش فعال فتوسنتزی (PAR)
- شدت روشنایی
- تابش خورشیدی
- شرایط آبوهوایی
کنترل خودکار آبیاری
یکی دیگر از بخشهای مهم این پلتفرم، سیستم مدیریت آبیاری است. حسگرهای این بخش رطوبت خاک، دمای خاک، جریان آب و فشار را اندازهگیری میکنند. سپس سیستم با استفاده از یک الگوریتم مبتنی بر دو آستانه رطوبت خاک، میزان آبیاری هر بخش از گلخانه را بهصورت خودکار تنظیم میکند.
به این ترتیب، آبیاری دیگر تنها بر اساس یک برنامه ثابت انجام نمیشود و اطلاعات واقعی خاک میتواند در تصمیمگیری سیستم مورد استفاده قرار گیرد.
حرکت به سمت مدیریت تطبیقی اگریولتائیک
یکی از اهداف مهم این پروژه، ایجاد زیرساختی برای توسعه سیستمهای مدیریت پیشرفتهتر در آینده است. پژوهشگران اعلام کردهاند که شبکه توزیعشده حسگرها توانسته است اندازهگیریهای هماهنگی از متغیرهای مختلف محیطی ارائه دهد و الگوهای زمانی و مکانی شرایط گلخانه را ثبت کند. این موضوع میتواند زمینه را برای استفاده از دادههای جمع آوریشده در سیستمهای مدیریت تطبیقی مبتنی بر Digital Twin فراهم کند.
در چنین رویکردی، اطلاعات مربوط به سامانه خورشیدی، شرایط محیطی و وضعیت کشت میتوانند در یک چارچوب یکپارچه مورد استفاده قرار گیرند.
گامی به سوی گلخانههای هوشمند اگریولتائیک
ترکیب انرژی خورشیدی و کشاورزی باعث ایجاد یک محیط پیچیده میشود که در آن عملکرد پنلها، میزان نور، دما، رطوبت، شرایط خاک و نیاز آبی گیاهان با یکدیگر ارتباط دارند.
پلتفرم ۱۲۱ حسگری توسعهیافته در ایتالیا تلاش میکند این متغیرها را در یک سیستم واحد اندازهگیری و مدیریت کند. آزمایش انجامشده نیز نشان داد که این معماری میتواند برای پایش بلندمدت شرایط محیطی در گلخانههای اگریولتائیک مورد استفاده قرار گیرد.
این پروژه نشان میدهد که توسعه اگریولتائیک تنها به انتخاب پنل و طراحی سازه محدود نمیشود و پایش دقیق دادهها و کنترل هوشمند نیز میتواند به یکی از بخشهای مهم نسل آینده گلخانههای مجهز به انرژی خورشیدی تبدیل شود.
منبع: