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medida que los innovadores comienzan a experimentar con diferentes formas, queda claro que en la mayoría de los casos es la energía solar la que tendrá que adaptarse a las necesidades de la agricultura, y no al revés, para garantizar un resultado positivo.
La combinación de energía fotovoltaica y agricultura podría tener beneficios para ambas industrias, al mismo tiempo que reduce el uso de la tierra. Los investigadores están trabajando para garantizar que los proyectos y sistemas estén diseñados de manera que ofrezcan resultados positivos para ambas partes.
El apetito voraz de Solar por la tierra significa que a medida que las instalaciones continúan creciendo, la industria entrará en conflicto cada vez más con otras preocupaciones importantes, en particular la agricultura. Junto con las advertencias de que se necesita un enfoque holístico del nexo mundial entre alimentos, energía y agua para evitar la escasez de cualquiera de los tres, encontrar una manera de jugar bien con los agricultores es una preocupación creciente para muchos en la industria solar.
Y es una preocupación que ahora se reconoce al más alto nivel, subrayada el mes pasado por la firma de un memorando de entendimiento entre la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO) y la Agencia Internacional de Energía Renovable que promete una colaboración e intercambio de conocimientos más amplios. entre los dos sectores.
La energía solar fotovoltaica podría alterar la industria de los combustibles fósiles y ayudar con dos de los mayores desafíos de sostenibilidad de nuestro tiempo: la pérdida de biodiversidad y la producción de alimentos. En el primer trimestre de 2021, la iniciativa UP de pv magazine destacó la agrivoltaica, la combinación de agricultura y energía solar, en reconocimiento a este mercado emergente. Lea nuestra cobertura .
"La energía renovable es esencial para la transformación de los sistemas agroalimentarios, la resiliencia climática y las estrategias de cero", dijo Qu Dongyu, director general de la FAO, al anunciar la colaboración en enero. “A través de nuestra colaboración, nuestro objetivo es generar y compartir conocimiento, productos y tecnologías innovadores, así como datos e información. Este acuerdo nos permitirá fortalecer el papel de las energías renovables dentro de las iniciativas de la FAO ”.
Agrivoltaics (AV), donde la generación solar se integra en tierras que ya se utilizan para la agricultura, no solo promete abordar las preocupaciones sobre la escasez de tierras, sino que también está comenzando a demostrar sinergias útiles y beneficios potenciales para la producción de alimentos y energía. Para no pocos proyectos, el simple hecho de permitir que las ovejas pacen la hierba debajo de una instalación fotovoltaica ha demostrado ser una colaboración eficaz, ya que las estructuras de paneles ofrecen sombra para los animales y las ovejas para el manejo de la vegetación sin costo adicional.
Sin embargo, combinar la energía solar con la agricultura es un asunto mucho más complejo. Aunque ya se están llevando a cabo proyectos exitosos, como el concepto de “energía solar huerta” de Doral Energy para el cultivo de aguacate y energía solar en Israel, presentado en la revista pv en enero de 2021, todavía queda mucho trabajo por hacer para comprender plenamente las posibilidades, los beneficios y limitaciones aquí.
Por ahora, la investigación se centra en las preocupaciones que provienen del lado agrícola. Es esencial comprender cómo la presencia de una instalación fotovoltaica afectará el crecimiento de los cultivos, el riego y otras prácticas de trabajo y, en última instancia, el rendimiento de los cultivos. Dado que esto será muy diferente para cada cultivo sembrado y cada región climática; y tendrá que ser probado para múltiples diseños de sistemas fotovoltaicos, recopilar los datos para obtener este conocimiento no es una tarea fácil.
Decidir qué cultivos integrar con la energía fotovoltaica es una de las primeras preocupaciones a abordar. Gran parte de la investigación y las instalaciones vistas hasta ahora se han centrado en especies de plantas que se sabe que tienen una buena tolerancia a la sombra. Max Trommsdorff, director del grupo de agrivoltas del instituto de investigación alemán Fraunhofer ISE, cita los arándanos y otras plantas perennes como un buen ejemplo de cultivos que serían relativamente sencillos de cultivar en terrenos compartidos con una instalación solar fotovoltaica.
Sin embargo, para muchos otros cultivos, será necesario modelar todos los factores que influyen en el crecimiento de las plantas (insolación, temperatura, viento, contenido del suelo, suministro de agua y más) y luego se requerirá agregar la influencia de una instalación fotovoltaica a este modelo. Y para muchos tipos de plantas, estos modelos de crecimiento no existen en primer lugar, lo que crea aún más trabajo para los investigadores en agrivoltas. “Para cultivos que se utilizan mucho, como el trigo o la colza, por ejemplo, existen algunos modelos de crecimiento de plantas bastante válidos disponibles”, dijo Trommsdorff. "Pero los cultivos especiales como el café, el lúpulo o los espárragos, que suelen ser los tipos de aplicación que nos interesan, juegan un papel menor en la ciencia agrícola, lo que significa que no se encuentran muchos modelos de crecimiento adecuados".
También es importante considerar los métodos de siembra y cosecha de los cultivos: las instalaciones fotovoltaicas suelen venir en filas, lo que crea una sinergia con cultivos que también se cultivan en filas. Y si se utiliza maquinaria grande, esto podría significar menos terreno disponible para construir una instalación fotovoltaica sin una estructura de montaje que bloquee el acceso a la maquinaria. Trommsdorff señaló, sin embargo, que en algunos casos esto se puede incorporar en el diseño de un proyecto, con áreas verdes entre las filas que sirven como "franjas de biodiversidad".
El desarrollador francés Sun R está trabajando en 91,2 MW de proyectos agrivoltaicos ganados en dos rondas de licitaciones especiales de Francia para tecnologías fotovoltaicas innovadoras, y este año está comenzando la investigación y las instalaciones piloto en combinación con peras, albaricoques y melocotones, que ya han obtenido resultados muy diferentes cada cultivo. Los investigadores de la compañía operan tres unidades AV experimentales de unos cientos de metros cuadrados cada una. En estas unidades, los sensores recopilan datos granulares sobre el progreso del cultivo, monitoreando parámetros como el diámetro de las ramas y la temperatura de las hojas, comparando datos de parcelas con y sin energía solar. Ahora están trabajando para refinar su enfoque y aprender cuáles son los parámetros más importantes para monitorear.
Trabajando en el sur de Francia, Sun R se ha centrado hasta ahora en las vides. Aquí ha encontrado varias ventajas potenciales para los productores, utilizando una instalación fotovoltaica para tener cierto grado de control sobre la cantidad de luz que llega a las plantas.
“Para las vides, es muy importante conocer el azúcar, el alcohol y el contenido de ácido. Estos factores modificarán la calidad y el sabor del vino ”, explicó Jean Garcin, ingeniero de modelado de Sun R. "Hemos demostrado que la sombra adicional mejora realmente la calidad de la vid, particularmente en las regiones más al sur de Francia y en otras partes del sur de Europa, donde la vid suele ser bastante fuerte en alcohol".
Mientras tanto, trabajando con manzanas, Sun R ha descubierto que, si bien hay un período del año en el que algunas manzanas se caen del árbol, demasiada sombra provoca la caída de demasiadas manzanas y un rendimiento de la cosecha reducido. Y en el caso de las cerezas, las lluvias intensas pueden causar daños graves al cultivo, por lo que es deseable tener paneles más grandes y más cobertura. "Hay muchas de estas especificidades que tiene para un cultivo pero no para otro", dijo Garcin. “Por eso tenemos que adaptar las instalaciones fotovoltaicas a cada tipo de planta individual”.
Dados los perfiles de crecimiento muy diferentes entre cultivos, la energía fotovoltaica deberá seguir siendo flexible en términos de diseño de sistemas para que los agrivoltaicos experimenten crecimiento. Para los componentes en sí, no se requieren cambios radicales. Los módulos se montan en estructuras generalmente de tres a cinco metros del suelo, pero el uso combinado de la tierra generalmente es suficiente para compensar el costo adicional del acero que esto conlleva. Y para los módulos bifaciales, una mayor altura de instalación ofrece el beneficio de menos sombra en la parte trasera.
Las soluciones específicas de la industria, como los sistemas fotovoltaicos flotantes diseñados para la pesca o los invernaderos integrados fotovoltaicos, se encuentran en varias etapas de desarrollo. Otro tipo de sistema que también está ganando terreno se basa en módulos bifaciales orientados este / oeste instalados verticalmente, que eliminan por completo la interferencia de la energía fotovoltaica con el cultivo de cultivos. Más en el futuro, las células fotovoltaicas semitransparentes o incluso espectralmente selectivas son un área de investigación que podría proporcionar posibilidades mucho mayores para los agrivoltas. Por el momento, los investigadores y desarrolladores están trabajando en gran medida para adaptar las tecnologías fotovoltaicas convencionales existentes al paisaje agrícola, con diferencias significativas con respecto a una instalación estándar de montaje en suelo que aparecen a nivel del sistema, en la altura y el espaciado de los módulos, así como en la operación. de rastreadores.
Con una matriz estándar orientada al sur, la sombra no uniforme proyectada por los paneles también puede causar problemas para el cultivo. “Con una disposición agrivoltaica inclinada y orientada al sur, la sombra proyectada en el suelo es bastante heterogénea”, explicó Trommsdorff de Fraunhofer ISE. "Por lo tanto, es menos apropiado para un dosel de cultivos homogéneo". Plantar hileras de diferentes cultivos con diferentes demandas de luz podría ser una solución a esto, pero en la mayoría de los casos resulta más práctico hacer adaptaciones en el lado fotovoltaico que en el agrícola.
La orientación este-oeste es una forma de mitigar este problema de sombreado, y el uso de seguidores ofrece más posibilidades de alterar el ángulo de los paneles, de acuerdo con los requisitos del cultivo a largo y corto plazo. Sun R está desarrollando un algoritmo de software, AV Studio, que puede simular tanto la producción de electricidad como el microclima debajo de los paneles e interactuar con los modelos de crecimiento de las plantas para calcular el ángulo de inclinación ideal para el cultivo. La empresa ha desarrollado tres estrategias básicas para el manejo de paneles, que se pueden aplicar a las necesidades de un cultivo determinado. El primero, al que denomina “control estratégico”, se mide a lo largo de un año y se basa en los requisitos del cultivo en diferentes etapas de su ciclo de vida. El segundo es el "control táctico", un escenario de un día liderado por la trayectoria del sol y los datos del pronóstico del tiempo. Y finalmente,
La vida útil esperada de un sistema fotovoltaico también puede plantear desafíos para los agrivoltaics. Los ciclos de rotación de cultivos son vitales en la agricultura para mantener un suelo saludable, y las estrategias para esto también varían mucho en diferentes regiones. Sin embargo, si un sistema fotovoltaico diseñado para permanecer en su lugar durante 20 años o más se construye según los requisitos de un cultivo específico, los agricultores pueden tener limitaciones en lo que pueden plantar debajo de él. AV Studio de Sun R ofrecería una solución aquí: permitiría a los ingenieros simplemente reprogramar los rastreadores para satisfacer diferentes requisitos. Trommsdorff también mencionó la posibilidad de sistemas fotovoltaicos móviles, que podrían desmontarse y trasladarse para seguir la cosecha cada año, como una solución que también podría simplificar el proceso de permisos.
Los mayores beneficios de AV se encuentran en climas cálidos y secos. El trabajo de Sun R en el sur de Francia es un ejemplo de esto, Italia y otras áreas del sur de Europa también han visto proyectos exitosos. En general, más luz solar significa más producción de energía fotovoltaica y más probabilidad de que las plantas se beneficien de la sombra en las partes más calurosas del día. En tales regiones, la cobertura de una instalación AV también puede ayudar a prevenir la evaporación y reducir los requisitos de agua.
La agricultura en las regiones más frías y húmedas también puede beneficiarse de la integración con la energía fotovoltaica. Fraunhofer ISE está probando agrivoltaics en combinación con la recolección de agua de lluvia, y los paneles también pueden ayudar a prevenir las heladas, alargando potencialmente la temporada de cultivo en múltiples regiones. Trommsdorff advirtió, sin embargo, que hay dos mecanismos diferentes por los cuales se forman las heladas, y un enfoque incorrecto para usar la energía solar fotovoltaica podría empeorar las cosas. “Hay dos tipos diferentes de heladas: una en la que hay lagos de aire frío cerca del suelo y otra en la que simplemente el calor se refleja en el exterior”, explicó. “En el segundo caso, los paneles fotovoltaicos ayudarían a mantener el calor y evitar las heladas. Pero en el primero pueden reducir la circulación de aire y de hecho causar aún más daño por heladas ".
Si bien ya se han desplegado varios gigavatios de agrivoltaicos en todo el mundo, quienes trabajan en el campo están ansiosos por señalar que el concepto aún está lejos de realizar todo su potencial. Todavía es demasiado pronto para confiar en la inversión del sector privado. Y las políticas de apoyo al desarrollo, como las licitaciones de Francia para tecnología fotovoltaica innovadora, son muy necesarias para seguir desarrollando nuestra comprensión de cómo la agricultura y la energía solar fotovoltaica se afectan mutuamente cuando comparten el mismo terreno, y las nuevas tecnologías que vendrán con esto. .
PV Magazine
