Investigadores de la estadounidense Universidad de Cornell, en el estado de Nueva York, descubrieron que los módulos solares montados a 3,9 metros de altura con soja plantada debajo pueden influir positivamente en la temperatura de los paneles y en los microclimas de las granjas.
La agrovoltaica, la coubicación de la energía solar fotovoltaica con la producción de cultivos, resuelve al menos dos necesidades críticas. La energía solar proporciona la energía renovable necesaria para mitigar los efectos del cambio climático y satisfacer la demanda mundial de energía. Y los cultivos junto con la energía solar ayudan a alimentar a la creciente población, que según las Naciones Unidas crecerá hasta casi 10.000 millones de personas en todo el mundo en 2050.
Los investigadores de Cornell examinaron la agrovoltaica para averiguar si tiene fundamento la percepción de que en los emplazamientos mixtos se producirán importantes compensaciones entre la producción de alimentos y la de energía. El estudio demostró que la producción solar y la de cultivos no sólo pueden coexistir, sino que la ubicación conjunta mejora el microclima y la temperatura de la superficie de los módulos solares fotovoltaicos.
Los investigadores desarrollaron un modelo de microclima basado en la dinámica de fluidos computacional (CFD), que compararon con datos experimentales para investigar los efectos de la altura de los paneles, la reflexión de la luz (albedo) y la cantidad de agua evaporada (evapotranspiración) en un emplazamiento solar fotovoltaico. Los resultados se publicaron bajo el título “The potential for agrivoltaics to enhance solar farm cooling” (El potencial de la agrovoltaica para mejorar la refrigeración de las granjas solares) en la publicación Applied Energy.
“Ahora disponemos, por primera vez, de una herramienta basada en la física para calcular los costes y beneficios de la ubicación conjunta de paneles solares y agricultura comercial desde el punto de vista del aumento de la eficiencia de conversión de energía y la longevidad de los paneles solares”, afirma el autor principal Henry Williams, estudiante de doctorado en Ingeniería de Cornell.
El equipo demostró que una instalación agrovoltaica con soja que crecía bajo módulos solares montados a unos 4 metros de altura presentaba reducciones de la temperatura de los módulos solares de hasta 10 ºC (50 ºF), en comparación con una huerta solar montada a sólo 0,49 metros sobre suelo desnudo.
Los investigadores observaron que, dado que los módulos experimentan pérdidas de eficiencia de entre el 0,1% y el 0,5% por grado por encima de 77 ºC, la eficiencia de conversión solar es mayor cuando la energía solar se instala sobre los cultivos que cuando se instala sobre el suelo o la grava. Según los investigadores, además de mejorar la eficiencia, los años de temperaturas de funcionamiento reducidas mejorarán la vida útil de los módulos solares, lo que, en su opinión, habla del potencial económico a largo plazo de los sistemas agrovoltaicos.
“Los sistemas agrovoltaicos -en los que coexisten la agricultura y los paneles solares- tienen potencial para proporcionar una mayor refrigeración pasiva gracias a la mayor altura de los paneles, una cubierta del suelo más reflectante y mayores tasas de evapotranspiración en comparación con las granjas solares tradicionales”, afirma Max Zhang, autor principal y profesor de la Escuela Sibley de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial. “Podemos generar electricidad renovable y conservar las tierras de cultivo mediante los sistemas agrovoltaicos”.
Además de las ventajas señaladas, el emparejamiento de energía y cultivos resuelve los problemas de uso del suelo a los que se enfrentan tanto los promotores de la energía solar como los agricultores a gran escala. Según un estudio de investigación anterior del grupo de Zhang, alrededor del 40% de la capacidad de las granjas solares a escala comercial se ha desarrollado en tierras agrícolas del estado de Nueva York, mientras que alrededor del 84% de las tierras consideradas aptas para el desarrollo solar a escala comercial son agrícolas.
“A medida que se reduce la temperatura de funcionamiento de los paneles solares, aumenta la eficiencia y se prolonga la vida útil de los módulos”, explica Williams. Por un lado, la producción de alimentos para los agricultores y, por otro, una mayor longevidad y eficiencia de conversión para los desarrolladores solares”.
Con una demanda mundial de alimentos que aumentará un 50% de aquí a 2050, según el Instituto de Recursos Mundiales, y la necesidad de mitigar el impacto del cambio climático, la agrovoltaica parece ofrecer un sinfín de ventajas, concluye el estudio.
“Hasta ahora, la mayoría de los beneficios de los sistemas agrovoltaicos han girado en torno a las zonas de clima cálido y árido”, dijo Zhang, también director de la Facultad Kathy Dwyer Marble y Curt Marble del Centro Atkinson de Cornell para un Futuro Sostenible. “Este trabajo da un paso adelante en la evaluación de la viabilidad de la agrovoltaica en climas representativos del noreste de Estados Unidos para relajar la competencia por el uso de la tierra a la que se enfrenta el mundo.”