Nutren y dan energía

La agricultura tiene grandes áreas abiertas y soleadas. ¿Por qué no combinar la producción de alimentos con la producción de energía (1)? Además, la electricidad generada por los paneles solares podría usarse localmente, por ejemplo, para alimentar bombas de riego, y el excedente podría venderse a la red, aumentando los ingresos del propietario.

Vale la pena saber que a muchas plantas no les gusta la luz solar directa intensa. Los paneles colocados encima de ellos no interferirían e incluso optimizarían la cosecha. En general, se pueden ajustar y cambiar el nivel de luz entrante de acuerdo con patrones programados con extrema precisión. También puede pensar en estos como invernaderos modernos que los usan en lugar de paneles de vidrio normales. paneles solares.

Hace un año, Scientific Reports publicó un estudio de la Universidad de Oregón que mostraba que cubrir tan solo el uno por ciento de la tierra cultivable del mundo con este tipo de instalaciones debería ser suficiente para proporcionar electricidad a toda la humanidad.

En lugar de competir por el espacio, divide el campo

En 1981, Adolf Goetzberger y Armin Sastrow fueron los primeros en proponer el concepto de uso dual de la tierra cultivable para la producción. energía solar y cultivos para mejorar la productividad agrícola general. Esta fue su contribución al debate en curso sobre la competencia por la tierra cultivable entre la producción de energía solar y los cultivos herbáceos.

Partiendo de la suposición de que existe un punto de saturación de luz y de que aumentar el número de fotones no conduce a una mejora, el investigador japonés Akira Nagashima propuso una combinación práctica de sistemas fotovoltaicos y agricultura para aprovechar el exceso de luz. Desarrolló los primeros prototipos en 2004.

Para 2017, se han instalado más de mil sistemas fotovoltaicos en tierras de cultivo japonesas, coexistiendo con la agricultura tradicional. Para obtener un permiso para operar paneles solares en cultivos, los agricultores en Japón deben cumplir con el requisito de mantenimiento de al menos el 80 por ciento según la ley local. producción agrícola normal.

En 2017 se puso en marcha en Japón una central eléctrica de 35 MW, instalada en 54 hectáreas de cultivo. El grado de sombreado de esta central eléctrica es del 50 por ciento, que es más del 30 por ciento. sombreado comúnmente utilizado en las plantas de energía agrícola japonesas. Los agricultores cultivan ginseng, ashitaba y cilantro, entre otros. Próximamente se construirá en Ukujima una planta de energía solar de 480 MW, incluidas plantas de energía agrícola.

El término "agrovoltaica" apareció en una de las publicaciones en 2011. En Asia, el término "participación solar" también se usa a veces. Siguiendo el ejemplo de Japón, muchos países de este continente están emprendiendo proyectos similares, entre ellos, por supuesto, China e India. En este último caso, la agroenergía se ve como una gran oportunidad para aumentar los ingresos de los pobres de las zonas rurales. En Malasia, se intentaron instalar paneles solares en las plantaciones de té y en Vietnam, en las granjas camaroneras.

Por supuesto, este concepto también llegó a Europa. Primera y mayor extensión en Francia. Aquí se construyen invernaderos fotovoltaicos desde principios de 2007. Un ejemplo de tecnología francesa es el proyecto Agrinergie, desarrollado por Akuo Energy desde XNUMX.

Desde 2009, las empresas francesas INRA, IRSTEA y Sun'R trabajan en un programa desarrollado para campos denominado Sun'Agri. El primer prototipo se instaló en un área de 0,1 hectáreas en Montpellier. En 2014 y 2017 se construyeron más prototipos de la unidad con paneles móviles de un solo eje. La primera planta agroeléctrica al aire libre de Sun'R se construyó en la primavera de 2018 en Tresser, en los Pirineos Orientales. La central tiene una capacidad de 2,2 MW a partir de paneles ubicados en 4,5 hectáreas de viñedos (2). Y estos no son los únicos proyectos franceses de este tipo.

2. Cultivo de vides con paneles solares

Exceso de luz de la fotosíntesis.

En Estados Unidos, estos proyectos son gestionados por SolAgra (3) en colaboración con el Departamento de Agronomía de UC Davis. La primera central eléctrica con un área de 0,4 hectáreas está en desarrollo. El área de 2,8 ha se utiliza como objeto de gestión. Se están estudiando varios tipos de cultivos: alfalfa, sorgo, lechuga, espinaca, remolacha, zanahoria, rábano, patata, rúcula, menta, nabo, col, perejil, cilantro, habas, guisantes, chalotes, mostaza. También se están realizando experimentos agroeléctricos en varias universidades estadounidenses.

3. Instalaciones fotovoltaicas junto a cultivos de SolAgra

Según un estudio financiado por la Fundación Nacional de Ciencias dirigido por ingenieros, investigadores de biología de plantas e investigadores de física de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, muchos invernaderos pueden volverse neutrales desde el punto de vista energético mediante el uso de paneles solares transparentes para generar energía (4). Estamos hablando del uso de energía de longitudes de onda de luz que las plantas no usan para la fotosíntesis. Los resultados del estudio se publicaron en febrero de este año en la revista Joule.

4. Invernadero agroeléctrico

"Las plantas solo usan algunos de ellos para la fotosíntesis longitudes de onda de la luz. La idea es crear invernaderos que generen energía a partir de esta luz no utilizada mientras dejan pasar la mayor parte de la luz fotosintética”, explica Brendan O'Connor, uno de los autores del estudio. “Podemos lograr esto con células solares orgánicas porque nos permiten ajustar el espectro de luz absorbido por la célula solar. Sin embargo, hasta ahora no estaba claro cuánta energía podría obtener un invernadero si utilizara estas células solares orgánicas translúcidas y selectivas”.

Para responder a esta pregunta, los investigadores utilizaron un modelo computacional. “La mayor parte de la energía utilizada en los invernaderos está relacionada con la calefacción y la refrigeración, por lo que nuestro modelo se centró en calcular la carga de energía necesaria para mantener el rango de temperatura óptimo para el cultivo de tomates”, dice O'Connor. "El modelo también calculó la cantidad de energía que produciría el invernadero si se colocaran paneles solares en su techo".

Para las plantas que aman la sombra

Actualmente se están investigando tres tipos principales de agrovoltaicos: paneles solares en el espacio entre cultivos, paneles solares planos sobre cultivos y sistema solar de efecto invernadero. El principal parámetro que se tiene en cuenta para los sistemas agrovoltaicos es el ángulo de inclinación de los paneles solares. Otras variables que se tienen en cuenta a la hora de instalar un sistema agroeléctrico son el tipo de cultivo, la altura de los paneles, la radiación solar de la zona y el clima de la zona.

Wen Liu, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hefei en China, propuso una nueva idea para la agrovoltaica en 2015, utilizando paneles de vidrio curvos recubiertos con una película de polímero para transmitir selectivamente las longitudes de onda de la luz solar necesarias para la fotosíntesis de las plantas (luz azul y roja). . Todas las demás longitudes de onda se reflejan y concentran en concentración. paneles solares para generacion de energia.

La modelización y la investigación en agrovoltaica muestran que la producción de electricidad a partir de cultivos no reduce la productividad agrícola. Por supuesto, esto funciona mejor para las plantas que toleran la sombra o incluso prefieren menos luz solar.

En un estudio reciente en Arizona, los científicos compararon plantas cultivadas bajo paneles solares con plantas cultivadas bajo la luz solar directa. Señalaron en particular que la producción total de chiltepín era tres veces mayor en las parcelas con paneles solares, y que los rendimientos de tomate cherry se duplicaban con paneles solares. Algunas plantas en sistemas agroeléctricos requerían mucha menos agua, en parte porque el suelo sombreado retenía más humedad.

Un proyecto de investigación en South Deerfield, Massachusetts, proporcionó perspectivas similares. Las pruebas han demostrado que cultivar brócoli y vegetales similares produce un 60 por ciento más de peso de la planta que las plantas a pleno sol.

Entonces, ¿tal vez el campo para el desarrollo de grandes granjas solares no sea el Sahara y otros desiertos, como a menudo se predice, sino campos conocidos hasta ahora solo como alimentos?