La agrovoltaica -la práctica de ubicar instalaciones solares junto a tierras de cultivo- se adopta cada vez más en todo el mundo como forma de introducir energía limpia distribuida sin comprometer el uso del suelo.
Según una investigación de la Universidad Estatal de Oregón, la coubicación de energía solar y agrícola podría proporcionar el 20% de la generación total de electricidad en Estados Unidos. Según los investigadores, la instalación a gran escala de agrivoltaics podría suponer una reducción anual de 330.000 toneladas de emisiones de dióxido de carbono con un impacto «mínimo» en el rendimiento de los cultivos.
Según el estudio, se necesitaría una superficie del tamaño de Maryland para que la agrovoltaica cubriera el 20% de la generación eléctrica de Estados Unidos. Eso equivale a unas 13.000 millas cuadradas, o el 1% de la superficie agrícola actual de Estados Unidos. A escala mundial, se calcula que el 1% de todas las tierras de cultivo podrían producir la energía que necesita el mundo si se convirtieran a energía solar fotovoltaica.
Hay muchas formas de instalar paneles agrovoltaicos. Uno de los métodos más comunes es elevar la instalación para dejar espacio para que el equipo agrícola o el ganado puedan moverse libremente por debajo. Otro diseño de moda es orientar los paneles fotovoltaicos verticalmente, dejando amplios espacios abiertos entre las filas de paneles.
Estados Unidos
En Somerset, California, se instalaron paneles solares verticales Sunzaun de diseño alemán en un viñedo. El instalador Sunstall desarrolló la instalación, compuesta por 43 módulos de 450 W conectados a un microinversor y dos baterías.
El diseño minimalista utilizaba orificios en los bastidores de los módulos para realizar una sencilla fijación a dos pilotes, lo que evitaba la necesidad de un pesado sistema de estanterías. Los módulos solares bifaciales producen energía a ambos lados del conjunto orientado verticalmente.
En los sistemas tradicionales diseñados con orientación horizontal, los raíles utilizados para montar los paneles en el sistema de estanterías suelen cortarse para ajustarse al tamaño previsto del panel. Si el tamaño del panel cambia después de que se haya completado la adquisición de todos los demás componentes, el proyecto puede sufrir retrasos mientras se rediseñan los raíles para adaptarlos al tamaño actualizado del panel. El diseño de Sunzaun permite adaptarse fácilmente a un cambio en el tamaño del panel ajustando la distancia entre cada pila. También es posible ajustar la altura de los paneles desde el suelo en caso necesario.
Alemania
Científicos de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Leipzig han estudiado el impacto potencial del despliegue masivo de sistemas fotovoltaicos verticales orientados oeste-este en el mercado energético alemán. Han descubierto que estas instalaciones podrían tener un efecto beneficioso en la estabilización de la red del país, al tiempo que permitirían una mayor integración con las actividades agrícolas que las plantas fotovoltaicas convencionales montadas en el suelo.
Los científicos descubrieron que los sistemas fotovoltaicos verticales pueden desplazar el rendimiento solar hacia las horas de mayor demanda de electricidad y más suministro eléctrico en los meses de invierno, reduciendo así la restricción solar.
«Si se integra en el modelo del sistema energético un almacenamiento de electricidad de 1 TW de potencia de carga y descarga y 1 TWh de capacidad, el efecto se reduce a un ahorro de CO2 de hasta 2,1 Mt/a con un 70% de módulos verticales orientados de este a oeste y un 30% inclinados hacia el sur», señalaron. «Por último, aunque para algunos pueda parecer poco realista alcanzar una tasa del 70% de centrales verticales, incluso una tasa más baja tiene un impacto beneficioso».
Japón
En Japón, Luxor Solar KK, filial del fabricante alemán de módulos Luxor Solar, construyó un sistema fotovoltaico vertical de 8,3 kW en el aparcamiento de una fábrica de procesamiento de arroz propiedad de Eco Rice Niigata.
«Los coches se aparcarán entre los sistemas verticales», explicó a la revista pv Uwe Liebscher, director general de Luxor Solar KK. «El objetivo de este sistema es mostrar la durabilidad durante el invierno y el rendimiento energético adicional debido al reflejo de la nieve». Niigata, por otra parte, es conocida por ser una zona de gran carga de nieve, con hasta 2 o 3 metros de nieve en invierno».
El sistema orientado al sur cuenta con los propios módulos solares de heterounión de Luxor Solar, así como con sistemas de montaje del especialista alemán en fotovoltaica vertical Next2Sun e inversores de la japonesa Omron. El conjunto vertical suministrará electricidad a una fábrica de procesamiento de arroz situada junto al sistema. La ciudad de Nagaoka financió el proyecto con 2 millones de yenes (14.390 dólares).
«Una instalación vertical sólo utiliza un espacio mínimo de las tierras de cultivo, al tiempo que mantiene más del 85% de la luz que llega a los cultivos, lo que garantiza un equilibrio óptimo entre energía solar y agricultura, algo crucial en Japón», explica. «Esto nos permite construir sistemas agrivoltaicos en tierras de cultivo de utilidad pública, como para trigo, patatas o arroz, a gran escala».
Francia
En Francia, TotalEnergies e InVivo, especialista en agrovoltaica, han puesto en marcha un demostrador agrivoltaico vertical de 111 kW. TotalEnergies dijo que la instalación piloto investigará el impacto de los paneles solares en el rendimiento agrícola, así como la biodiversidad, el almacenamiento de carbono y la calidad del agua del lugar.
«Estamos convencidos de que las sinergias desarrolladas entre la producción de electricidad verde, el biogás y la agricultura son una de las respuestas para garantizar nuestra independencia energética y alimentaria», declaró Thierry Muller, director general de TotalEnergies Renouvelables France.
Suecia
Científicos de la Universidad de Mälardalen (Suecia) han desarrollado un modelo de dinámica de fluidos computacional (CFD) que facilita el análisis de microclimas en proyectos fotovoltaicos verticales. Las simulaciones CFD se utilizan para resolver complejas ecuaciones sobre el flujo de sólidos y gases a través y alrededor de cuerpos, que pueden emplearse para analizar microclimas dentro de sistemas agrivoltaicos.
«Los modelos de sistemas agrivoltaicos (AV) se utilizarán con frecuencia para el diseño de nuevos sistemas AV, así como para la toma de decisiones, ya que se pueden analizar/predecir los cambios microclimáticos en función de la ubicación y la solución del sistema AV», declaró el investigador Sebastian Zainalli a la revista pv.w
El estudio observó una disminución del 38% en la intensidad de la radiación solar en las zonas del suelo sombreadas por los módulos fotovoltaicos verticales.
Principios clave
El Laboratorio Nacional de Energías Renovables de Estados Unidos ofreció cinco principios para el éxito de la agrovoltaica, entre los que se incluyen:
Clima, suelo y condiciones ambientales: las condiciones ambientales de un lugar deben ser adecuadas tanto para la generación solar como para los cultivos o la cubierta vegetal deseados.
Configuraciones, tecnologías solares y diseños: la elección de la tecnología solar, la disposición del emplazamiento y otras infraestructuras pueden afectar a todo, desde la cantidad de luz que llega a los paneles solares hasta si un tractor, en caso necesario, puede pasar por debajo de los paneles. «Esta infraestructura estará en el suelo durante los próximos 25 años, así que hay que hacerla bien para el uso previsto. De ello dependerá el éxito del proyecto», afirma James McCall, investigador del NREL que trabaja en InSPIRE.
Selección de cultivos y métodos de cultivo, diseños de semillas y vegetación, y enfoques de gestión: los proyectos agrivoltaicos deben seleccionar cultivos o cubiertas vegetales que prosperen bajo los paneles en su clima local y que sean rentables en los mercados locales.
Compatibilidad y flexibilidad: la agrovoltaica debe diseñarse de forma que se adapte a las necesidades contrapuestas de los propietarios de las instalaciones solares, los operadores solares y los agricultores o terratenientes para permitir unas actividades agrícolas eficientes.
Colaboración y asociaciones: Para que cualquier proyecto tenga éxito, la comunicación y el entendimiento entre grupos es crucial.
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