Un grupo de investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China ha desarrollado un diseño especial para proyectos agrovoltáicos que, en comparación con otros enfoques, aseguran, reduce el efecto de sombreado de la instalación fotovoltaica y mejora el entorno lumínico de los cultivos y el proceso de crecimiento, rendimiento y calidad de los mismos.
«El sistema tiene un coste un 10% superior al de un proyecto agrivoltaico convencional, pero la mejora del rendimiento de los cultivos garantizada por la gestión optimizada de la iluminación compensaría esta inversión ligeramente superior», declaró a pv magazine uno de los coautores de la investigación, Jan Ingenhoff.
En términos de viabilidad económica, un sistema desarrollado con el enfoque propuesto debería construirse con un coste aproximado de 715 euros por kW instalado y un coste anual de mantenimiento de unos 6,5 euros por kW.
Vidrio
Denominado Even-lighting Agrivoltaic System (EAS), la novedosa metodología de diseño consiste en utilizar soportes metálicos como estructuras de montaje, paneles solares convencionales y una placa de vidrio acanalada colocada entre los paneles solares. Esta última ocupa un área que es un tercio del área de recepción de luz de todo el sistema. «Con la instalación de la placa de vidrio, la densidad de los conjuntos de paneles fotovoltaicos es la misma que la de las centrales fotovoltaicas convencionales y se acerca mucho al diseño óptimo para la producción de energía», afirman los científicos.
Según Ingenhoff, se puede utilizar cualquier vidrio normal con un alto coeficiente de transmisión, ya que no hay requisitos especiales, y el vidrio de silicato y el vidrio ultrablanco pueden ser perfectamente adecuados.
Los soportes metálicos se colocan en columnas lo suficientemente altas como para permitir el crecimiento de plantas altas y el uso de maquinaria agrícola de gran tamaño. El ángulo de inclinación óptimo para los módulos se determinó en 23 grados, lo que el grupo de investigación describió como un buen compromiso entre la generación de electricidad y los costes de construcción.
Proyectos piloto
Los científicos calcularon y simularon inicialmente el diseño de la placa de vidrio acanalada y luego construyeron un primer proyecto piloto agrivoltaico de 35 kW en la ciudad de Fuyang, en la provincia china de Anhui. A continuación se plantaron hortalizas comunes como lechuga, brócoli, brotes de ajo, ajo, colza y alcachofa de Jerusalén, entre otras.
Un segundo sistema piloto se desplegó más recientemente en la ciudad de Hefei, en la misma provincia china.
Imagen: Universidad de Ciencia y Tecnología de China
El sistema EAS permitió mejorar las condiciones de cultivo de algunas plantas. Por ejemplo, la cosecha de alcachofa de Jerusalén aumentó más de un 20%. La razón de ello puede deberse a una mejor retención de la humedad del suelo dentro de la zona de la instalación, o a que la planta puede permanecer en estado de fotosíntesis entre las 11:00 y las 14:00 horas en los días de buena radiación solar, lo que suele entrar en un estado de letargo para la planta en el exterior, ya que la fotosíntesis de las hojas alcanza un máximo a última hora de la mañana.
En ambas instalaciones, la altura a la que se colocaron los paneles solares fue de 2,5 metros. Algunas de las plantas también crecieron bajo el sistema equipado con lámparas LED suplementarias alimentadas por los paneles solares, que proporcionaron a las plantas un tiempo de luz extra de 2 h cada día en comparación con los otros tratamientos.
Rendimiento
«Los beneficios económicos integrales del EAS consisten en los costes de instalación y mantenimiento, los beneficios de la generación de electricidad y los beneficios de la cosecha de los cultivos», explicaron los académicos. «Para evaluar con precisión los beneficios integrales de la plantación de los diferentes cultivos, consideramos el tiempo necesario para plantar los diferentes cultivos y la cantidad de electricidad generada por los paneles fotovoltaicos durante el crecimiento del cultivo».
Según sus mediciones, el uso de la placa de vidrio transparente acanalada mejoró la irradiación recogida por los cultivos en un día en un 47,38% en comparación con un sistema convencional, y el rendimiento de la alcachofa de Jerusalén, que necesita al menos seis horas de sol al día, mejoró en un 23%.
Imagen: Universidad de Ciencia y Tecnología de China
Incluyendo la generación de energía solar, el sistema ha demostrado que los ingresos medios del agricultor se multiplican por 5,14 y ha realizado una elevada relación de equivalencia de tierras (LER), que es la medida de la productividad y eficacia de los cultivos intercalados. También mejoró los beneficios económicos de la tierra de cultivo por hectárea.
«Bajo el EAS, los cultivos crecieron rápidamente y el rendimiento fue similar o mejor que en estado natural», señaló el grupo chino. «Al añadir lámparas LED suplementarias en el EAS, el contenido de azúcar soluble de la lechuga aumentó en un 72,14% y el contenido de nitrato de la lechuga disminuyó en un 21,51%».
Se pueden encontrar más detalles sobre el diseño del sistema en el artículo Increasing the comprehensive economic benefits of farmland with Even-lighting Agrivoltaic Systems, publicado en Plos One.
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