Método de modelización para la agrovoltaica en invernaderos

Investigadores españoles han desarrollado una nueva técnica de modelización para evaluar el rendimiento de los sistemas fotovoltaicos semitransparentes para invernaderos. Su novedoso enfoque tiene en cuenta la banda ancha y el contenido espectral de la irradiación, la tecnología de las células solares y sus métricas de rendimiento, así como la relación entre la tasa fotosintética y el flujo efectivo de fotones que incide sobre los cultivos.

enero 13, 2022 Emiliano Bellini

Investigadores de la Universidad de Jaén han estudiado el potencial de la agrovoltaica para invernaderos en zonas de alto cultivo en invernaderos. Han desarrollado un modelo dual que, según afirman, permite un diseño adecuado del proyecto con el fin de garantizar una sólida producción de electricidad y un alto rendimiento de los cultivos.

«Nuestro modelo es aplicable a todo tipo de invernaderos», explica el investigador Eduardo F. Fernández a pv magazine. «Sólo tenemos que ajustar el ángulo de inclinación del módulo y la superficie para evaluar especialmente el invernadero».

Los investigadores tuvieron en cuenta los módulos solares semitransparentes de silicio cristalino (c-Si) en el modelado.

«Estos paneles, sin embargo, introducen no uniformidades que afectan al crecimiento de los cultivos», añade Fernández. «Para solucionar este problema, también se están investigando nuevas tecnologías transparentes de capa fina, como el silicio amorfo (a-Si), el teluro de cadmio ( CdTe), la perovskita y los paneles sensibilizados por colorantes. Asimismo, la fotovoltaica transparente orgánica es una tecnología prometedora, ya que su transmitancia espectral puede ajustarse fácilmente para adaptarse a la banda de absorción espectral específica de los cultivos».

Afirmó que los paneles fotovoltaicos orgánicos y de película fina son flexibles y ligeros y serán más fáciles de integrar que los productos basados en c-Si.

«Por último, también se está investigando la tecnología de concentración solar por su capacidad para lograr eficiencias superiores y mejorar la calidad de la luz que incide sobre las plantas gracias al uso de elementos ópticos», dijo. «En este sentido, se están investigando diferentes configuraciones ópticas para concentrar la luz en pequeñas c-Si o solares multiunión, mientras que la luz difusa se transmite a los cultivos».

Los investigadores señalan en «Global energy assessment of the potential of photovoltaics for greenhouse farming» -que se publicó recientemente en Applied Energy– que la nueva modelización tiene en cuenta dos resultados principales: la energía generada por el sistema fotovoltaico y la tasa de fotosíntesis de los cultivos durante un periodo de tiempo determinado en función de la transparencia del sistema fotovoltaico. También se basa en tres submodelos que consideran la banda ancha y el contenido espectral de la irradiación, la tecnología de las células solares y sus métricas de rendimiento, y la relación entre la tasa fotosintética y el flujo efectivo de fotones que incide en los cultivos.

«De este modo, el modelo es general y puede adaptarse a cualquier cultivo, ubicación y, a las principales tecnologías fotovoltaicas semitransparentes», señalan.

En el estudio consideraron cinco familias principales de cultivos -Cucurbitaceae, Fabaceae, Solanacae, Poaceae y Rosaceae- para las siguientes ubicaciones: El Ejido (España), Pachino (Italia), Antalya (Turquía) y Vicente Guerrero (México).

«Sólo hemos considerado localidades con clima árido o semiárido y templado», señalan. «Las conclusiones de este trabajo son representativas de lugares con una alta penetración de invernaderos y con condiciones favorables para la implantación de la tecnología fotovoltaica».

Los investigadores descubrieron que el sistema fotovoltaico óptimo para los invernaderos es un conjunto que reduce la tasa de fotosíntesis neta anual hasta un 10% y sólo tiene un impacto marginal en el rendimiento de los cultivos. El sistema también debería tener un factor de transmitancia total espectral (TRF) de 0,68.

«Cuanto menor sea el flujo de fotones con el que los cultivos alcanzan su máxima tasa fotosintética, menor será el TRF y, por tanto, mayor será la capacidad fotovoltaica», señalan los científicos. «Además, también hemos comprobado que cuanto mayor es el recurso solar, menor es la TRF».

Para las cuatro ubicaciones que consideraron, los académicos también descubrieron que los sistemas fotovoltaicos podían generar alrededor de 135 kWh/m2. El rendimiento energético total se ve muy afectado por el tipo de cultivo seleccionado, señalaron.

«Para contextualizar estos resultados, cabe mencionar que el rendimiento energético medio producido por los sistemas APV representaría una contribución al mercado energético total de entre el 2,3% (México) y el 6,0% (Turquía)», concluyeron.

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