Estudio de caso: Invernadero de investigación de Soliculture

Cuando se habla del uso de la energía y el agua en el mundo moderno, el consumo de ambos por parte de la industria agrícola suele ocupar un lugar destacado. A medida que la población mundial sigue creciendo, la humanidad se enfrenta al reto de encontrar formas de satisfacer las demandas tanto de alimentos como de energía en todo el mundo. «Realmente creo que el cultivo en invernaderos es el ejemplo por excelencia de la agricultura sostenible», afirma el Dr. Glenn Alers, cofundador y director ejecutivo de Soliculture. Ya sea por la capacidad de aumentar considerablemente el rendimiento de los cultivos en comparación con el cultivo tradicional al aire libre, o por el potencial de una mayor eficiencia en el uso del agua en combinación con la hidroponía, los invernaderos podrían desempeñar un papel clave para abordar estas preocupaciones. Los invernaderos solares también podrían contribuir a mitigar futuras crisis energéticas. 

Soliculture comenzó en 2012 como una empresa emergente en el Departamento de Física de la Universidad de California en Santa Cruz. El Dr. Alers y su cofundador estaban investigando los paneles concentradores solares luminiscentes cuando se dio cuenta del potencial agrícola de esta tecnología. Los paneles solares luminiscentes utilizan un colorante luminiscente que absorbe selectivamente una parte del espectro solar y reemite luz en una longitud de onda diferente. El colorante utilizado en los paneles de Soliculture absorbe la parte verde de la luz solar, que tiene baja eficiencia fotosintética, y la convierte en luz roja, que tiene una eficiencia fotosintética mucho mayor. Los paneles mejoran la calidad de la luz dentro de un invernadero al optimizar el espectro luminoso para un mejor crecimiento de las plantas. Además, los paneles contienen celdas bifaciales que recogen la luz reflejada por los cultivos plantados debajo de ellos. El colorante luminiscente rojo también aumenta la producción de energía de las celdas integradas entre un 15 % y un 32 %, en comparación con un panel convencional. 

En 2019, Soliculture inició un proyecto de investigación en Whiskey Hill Farms, en Watsonville, California, con el objetivo de desarrollar estos paneles solares para su uso en invernaderos híbridos de túnel alto. Al ser una granja orgánica en activo que ya cultivaba productos tanto en campo abierto como en invernadero, Whiskey Hill Farms resultó ser el lugar ideal para el proyecto. El invernadero de investigación de Soliculture se construyó desde cero con la ayuda de un instalador local de túneles altos, y al finalizar medía 120’ de largo por 25’ de ancho. Se agregaron refuerzos adicionales a la estructura del techo, formando una armadura tipo «queen» para soportar el peso de los paneles. La mitad del túnel alto se cubrió con una película plástica semitransparente que sirvió como grupo de control para el próximo estudio de crecimiento de cultivos, y la otra mitad se cubrió con paneles solares de Soliculture. Estos paneles fueron diseñados especialmente para invernaderos de túnel alto y tenían una cobertura de celdas del 42 %.  

El proyecto sufrió un contratiempo temporal cuando impermeabilizar el sistema de bastidores de los paneles resultó ser más complicado de lo esperado. Al principio, se fijaron barras de montaje horizontales a los tubos de la estructura del techo del invernadero y se instalaron burletes de espuma entre los paneles para crear un sellado hermético. Sin embargo, el agua seguía filtrándose por las esquinas y en los puntos donde los pernos de montaje unían los paneles al techo. Conscientes de que estas filtraciones podían causar erosión y afectar negativamente el crecimiento de los cultivos, el equipo de Soliculture regresó a su laboratorio y creó un sistema de estantes modificado específicamente para su aplicación en túneles altos. Este nuevo sistema utilizaba soportes de montaje que se fijaban a la parte inferior de la estructura y empleaba una junta de goma en forma de «T» insertada entre los paneles para crear un sello hermético. Finalmente, la parte de la película plástica del techo se fijó a los paneles mediante un canal de aluminio atornillado al marco del panel y alambre flexible para mantener la película plástica en su lugar. Con un techo impermeable instalado, el ensayo de cultivo estaba listo para comenzar.  

Se seleccionaron los siguientes cultivos para su siembra tras la finalización del túnel alto a mediados de noviembre: fresas, lechuga romana roja, lechuga mantecosa roja, cilantro, hojas de mostaza y cúrcuma. Para garantizar que los resultados del ensayo se pudieran aplicar a la producción comercial, el equipo de investigación utilizó métodos de cultivo comerciales comunes durante toda la duración del ensayo. Estos métodos incluyeron riego por goteo con agua de pozo sin tratar, filtración con arena y fertirrigación orgánica líquida. Al final del ensayo, la mayoría de los cultivos que se desarrollaron bajo los paneles Soliculture maduraron casi dos semanas antes que los que se cultivaron bajo la parte del túnel alto cubierta con película transparente. El peso fresco de los cultivos bajo los paneles también fue superior, y la lechuga mantecosa roja fue la que obtuvo el mayor beneficio, con un peso un 145 % mayor. Las hojas de mostaza pesaron un 95 % más, el cilantro un 35 % más, la lechuga romana un 32 % más y la cúrcuma un 25 % más. Las fresas no mostraron una diferencia estadísticamente significativa en el peso fresco, pero el único lecho de cultivo de 5’ por 120’ produjo más de 350 libras de fruta para finales de julio.  

Además del gran éxito de la prueba de cultivo, Whiskey Hill Farms utilizó la energía generada por los paneles del invernadero para alimentar sus operaciones diarias. Un total de 58 paneles Soliculture proporcionaron a la granja un sistema de 6 kW, el cual se conectó a un inversor. La energía de corriente alterna se inyectó luego al sistema eléctrico de la granja, lo que demuestra cómo la energía solar en los invernaderos puede beneficiar a la granja más allá de mejorar el crecimiento de las plantas.  

El campo de la agrivoltaica está en constante evolución, con numerosos investigadores y agricultores que buscan el nexo ideal entre la industria agrícola y la producción de energía. Las contribuciones de Soliculture a la agrivoltaica son importantes para los agricultores que tienen dudas sobre el cultivo de alimentos debajo y alrededor de los paneles solares. «No hemos observado ningún efecto negativo en el crecimiento de las plantas», afirma el Dr. Alers, refiriéndose al proyecto de Whiskey Hill Farms y a varias otras instalaciones exitosas de Soliculture en Estados Unidos y Canadá. La producción en invernadero siempre ha tenido el potencial de ayudar a mitigar la crisis del agua y aumentar la cantidad de alimentos cultivados por acre, pero la tecnología de Soliculture también le está dando un futuro prometedor en la producción de energía. 

Todas las fotos son cortesía de Soliculture