Evaluación de la viabilidad de la agrovoltaica en campos de maíz

Un equipo de investigadores de la Universidad de Purdue ha descubierto que la agrovoltaica tiene potencial para aumentar la producción de energía y reducir las emisiones de carbono con un impacto mínimo en la producción de cultivos.

En el trabajo de investigación «The viability of photovoltaics on agricultural land: Can PV solve the food vs fuel debate?» (La viabilidad de la energía fotovoltaica en tierras agrícolas: ¿Puede la energía fotovoltaica resolver el debate entre alimentos y combustibles?), publicado en la revista Journal of Cleaner Production, el equipo analizó cinco escenarios con tierras de cultivo de maíz en la región del medio oeste de Estados Unidos.

El primero es el escenario de referencia, con maíz cultivado en toda la superficie. El segundo presenta un sistema solar tradicional instalado en el 25% de la superficie, en sustitución del cultivo de maíz. Los otros tres escenarios incluyen sistemas agrovoltaicos en los que crece maíz, con un 5,5% del terreno ocupado por estructuras solares y no disponible para el cultivo. En el tercer sistema se utiliza una densidad total de paneles solares, seguida de una densidad de medio panel y un cuarto de panel en los sistemas cuarto y quinto.

Los investigadores compararon estos cinco sistemas a través de cuatro métricas: la producción de maíz para su uso como alimento o pienso, la producción de energía en forma de bioetanol o electricidad, la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero y la rentabilidad para el agricultor.

La mayor producción de alimentos/piensos se alcanzó en el sistema de referencia. En el segundo sistema, la cantidad de maíz como alimento/pienso disminuyó un 25%, en proporción a la reducción de la tierra disponible. Los resultados de los sistemas agrivoltáicos variaron en función de los límites de sombra, registrándose una reducción del 11% en la cantidad de maíz disponible para alimento/pienso en el sistema con un cuarto de densidad de paneles solares en comparación con el sistema de referencia.

En comparación con el sistema de referencia, el sistema fotovoltaico tradicional y el sistema agrivoltaico de un cuarto de densidad aumentaron la producción de energía de uso final de menos de 2 MWh/ha/año a aproximadamente 140 MWh MWh/ha/año. El sistema agrivoltaico de media densidad elevó la producción de energía a unos 280 MWh/ha/año y el sistema agrivoltaico de densidad completa a unos 560 MWh/ha/año.

Los investigadores también descubrieron que el etanol tenía un impacto mínimo en la producción total de energía en los sistemas dos a cinco. «Por lo tanto, no hubo diferencias significativas en la producción total de energía cuando se consideraron los límites de bajo rendimiento en sombra y alto rendimiento en sombra de la producción de maíz», afirmó el equipo.

Al calcular las reducciones de gases de efecto invernadero, el sistema de referencia, con sólo etanol como fuente de energía, tuvo una reducción de menos de 2 toneladas de CO2-eq/ha/año. Los demás sistemas redujeron las emisiones en cientos de toneladas de CO2-eq/ha/año, y la cantidad en cada uno de ellos «tendió de forma similar con el número de paneles solares que se incorporaron en toda la zona de tratamiento».

Aunque el sistema fotovoltaico tradicional y el sistema agrivoltaico con un cuarto de densidad tuvieron efectivamente la misma generación de energía y reducción de gases de efecto invernadero, el trabajo de investigación predice un mayor rendimiento del maíz para el sistema agrivoltaico porque permite un mayor crecimiento del cultivo y el sombreado se minimizó gracias a la gran separación entre paneles.

En la conclusión del informe, los investigadores afirman que la agrovoltaica «puede proporcionar una estrategia viable para aliviar el actual equilibrio entre la producción de energía, las emisiones de gases de efecto invernadero, la producción de alimentos y la rentabilidad de las explotaciones».

«Nuestro análisis indica que tanto los sistemas fotovoltaicos como la agrovoltaica pueden aumentar sustancialmente la producción de energía por hectárea en relación con la situación de partida, en la que alrededor del 27% del maíz se atribuye al etanol», señalan los investigadores.

Los investigadores también explican que, aunque el despliegue de la agrovoltaica puede verse afectado por los elevados costes de capital, este obstáculo podría superarse con apoyo político, especialmente cuando los precios de los cultivos son muy volátiles. Afirman que los costes asociados deberían disminuir a medida que se desarrolle la tecnología, pero advierten que es necesario seguir trabajando para garantizar una mejor comprensión de las necesidades de las partes interesadas y mejorar la ingeniería para reducir los costes al tiempo que se maximizan los rendimientos del sistema.

«La integración de la energía fotovoltaica en terrenos agrícolas ofrece un mayor potencial para la producción de energía renovable y la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero», afirma el documento. «Nuestros cálculos demuestran que, si no hay demanda de etanol, la cantidad de maíz disponible como recurso alimentario y forrajero puede aumentar de hecho incluso cuando se integran paneles solares, en relación con la cantidad disponible en condiciones de demanda de etanol y sin integración fotovoltaica. Desde este punto de vista, las tecnologías agrovoltaicas ofrecen una solución viable al debate alimentos versus combustibles, permitiendo producir grandes cantidades de energía con un impacto mínimo en el maíz como recurso alimentario/forrajero».

A principios de este año, investigadores de la Universidad de Purdue crearon un novedoso modelo para evaluar el crecimiento del maíz en instalaciones agrovoltaicas, proponiendo un modelo de distribución espaciotemporal de sombras para optimizar el rendimiento del cultivo y la producción de energía.

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