Mientras buscamos soluciones al cambio climático, la competencia por la tierra para la producción de alimentos o de energía limpia se presenta como un nuevo reto que debemos abordar; para ello, se necesitan demostraciones de sistemas que produzcan energía y alimentos en la misma tierra, con el fin de impulsar la adopción de estas prácticas a gran escala. Un nuevo proyecto de investigación de la Universidad de Delaware (UD) estudiará los resultados del cultivo de alimentos bajo paneles solares fotovoltaicos de diseño exclusivo. SolAgra Corporation supervisará la instalación de dos sistemas de paneles solares en los campus de la UD en Newark y Georgetown. Una vez construidos, estos sitios tendrán el potencial de demostrar cuán simbióticas pueden ser la energía solar y la producción agrícola. 

Los profesores Steven Hegedus, del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la UD; Gordon Johnson, del Departamento de Ciencias Vegetales y del Suelo; y Emmalea Ernest, coordinadora del Programa de Agricultura, trabajarán con sus estudiantes para investigar los posibles beneficios para los cultivos alimenticios que se desarrollen bajo los paneles fotovoltaicos. Todos los estudios preliminares de ingeniería para el proyecto ya se han completado y aprobado, y la construcción va por buen camino para estar lista al inicio de la temporada de cultivo en abril de 2024. La UD financiará la instalación de los paneles solares y las primeras siembras debajo de ellos. Se está buscando financiamiento adicional del Departamento de Agricultura de EE. UU. y del Departamento de Energía de EE. UU. para sostener un estudio de varios años en los sitios. 

Barry Sgarrella, fundador y director ejecutivo de SolAgra, dijo que desarrolló la plataforma solar elevada que se utilizará en el proyecto de la UD para «ayudar a las familias de agricultores a ser más rentables y frenar la tendencia de que las tierras agrícolas sean absorbidas por el desarrollo comercial». El SolAgra Farming Array™ consistirá en segmentos de paneles elevados con una altura libre de 15.5 pies para dar cabida a la maquinaria agrícola más alta. La estructura de soporte se armará y los paneles solares se instalarán a nivel del suelo, para luego girarse hasta quedar en posición vertical. 

 Los paneles seguirán el movimiento del sol para aumentar la producción de energía hasta en un 15 % y, cuando sea necesario, podrán girarse de manera que el borde del panel quede perpendicular al sol, lo que permitirá que la máxima cantidad de luz solar incida sobre los cultivos que se encuentran debajo; una función que Sgarrella denomina CounterTracking™. Esto, junto con la capacidad única de desplazar todo el conjunto hacia el este o el oeste, denominada DynamicShifting™, proporcionará distintos grados de luz solar o sombra a los cultivos plantados debajo, según sea necesario. Las hileras de módulos solares se instalarán con una separación de 11.25 pies entre ejes, un espaciado entre hileras de paneles relativamente denso para aplicaciones de cultivos agrisolares.  

El sistema de desplazamiento dinámico permite que toda la matriz se mueva de lado a lado para reducir al mínimo el efecto de sombra.

Cada segmento del sistema tendrá unas dimensiones de 35 por 45 pies y está diseñado para albergar suficientes paneles solares como para producir 17 kW de electricidad. Los segmentos del sistema serán modulares y podrán ampliarse para formar sistemas de tamaño mucho mayor. Cada sitio de investigación del proyecto de la UD contará con dos segmentos del sistema, lo que sumará un total de 68 kW de paneles solares instalados. Los dos sistemas serán idénticos, salvo que el parque instalado en el campus de Newark contará con paneles solares bifaciales para estudiar cuánta producción eléctrica se puede obtener de la luz que se refleja en los cultivos y el suelo hacia la parte inferior de los paneles. Sgarrella señaló que el costo de instalar un segmento es comparable al de otros parques solares con plataformas elevadas del mismo tamaño, y que los costos disminuirían para instalaciones más grandes a medida que se logre la economía de escala.  

Según el profesor Hegedus, parte de la investigación consistirá en analizar la producción de cultivos con distintos niveles de sombra. La saturación fotosintética es el punto en el que las plantas ya no pueden aprovechar de manera eficiente más luz solar en el proceso de fotosíntesis; una vez que los cultivos llegan a ese punto, tiene sentido utilizar la luz para la producción de energía. Los cultivos que se incluirán en este estudio son fresas, jitomates, chiles y lechuga, y fueron elegidos por su alto valor de mercado. La flexibilidad del diseño del SolAgra Farming Array™ permitirá a los investigadores, mediante controles en su teléfono inteligente o tableta, proporcionar pleno sol, plena sombra o cualquier nivel intermedio, según las necesidades específicas de cada cultivo. Los resultados podrán utilizarse para ayudar a desarrollar algoritmos de programación de sombreado que controlen el sistema para diferentes cultivos. 

Se utilizarán sensores para medir la iluminación directa y difusa debajo de los paneles, así como las temperaturas del suelo y del aire, la humedad y la temperatura de los cultivos, con el fin de comenzar a cuantificar los beneficios para los cultivos. Se espera que el suelo a la sombra de los paneles retenga la humedad y que los cultivos requieran menos riego, lo cual se ha demostrado como un beneficio de los sistemas de cultivo agrivoltaicos en otras investigaciones.  

Los investigadores también orientarán los paneles horizontalmente para evaluar la capacidad del sistema para proteger los cultivos de condiciones climáticas extremas, como la lluvia o el granizo. Incluso en esta posición horizontal tipo “paraguas”, los paneles podrán producir el 80 % de su potencia nominal. Los beneficios de proteger los cultivos contra el granizo y las lluvias intensas son evidentes, pero muchos cultivos podrían beneficiarse de la protección y el control de la sombra que este sistema podría ofrecer. Por ejemplo, este sistema podría proteger contra las quemaduras solares, que pueden afectar a la mayoría de los cultivos en las condiciones adecuadas y hacer que no sean aptos para la comercialización. Además, si los viticultores pudieran controlar los niveles de exposición al sol, podrían influir en los niveles de acidez y azúcar de la uva, lo cual es muy importante en la producción de vino. Muchos cultivos podrían beneficiarse si los agricultores pudieran protegerlos con una cubierta de paneles solares, especialmente a medida que las condiciones climáticas se vuelven más extremas. 

Se produce un efecto de paraguas cuando los paneles solares se colocan en posición horizontal y se desplazan sobre la parte superior de cada hilera de cultivo.

El profesor Hegedus cree que uno de los mayores beneficios indirectos de demostrar la viabilidad de este tipo de sistema agrisolar es que la oposición a las grandes instalaciones solares en tierras agrícolas podría disiparse una vez que los vecinos se den cuenta de que la agricultura no está siendo reemplazada por paneles solares, sino que se está complementando con una fuente adicional de ingresos. Dijo: «La agricultura no es más que energía solar basada en el carbono, así que ahora estamos combinando dos formas diferentes de aprovechar esa energía».  

Los investigadores del proyecto enfrentarán el reto que representa la gran cantidad de datos recopilados por múltiples sensores durante una temporada de cultivo de nueve meses en dos ubicaciones. Se necesitarán técnicas avanzadas de análisis de datos para organizar e interpretar de manera efectiva toda la información. En trabajos futuros se utilizarán los resultados del estudio para elaborar programas de sombreado adaptados a cada región geográfica y climática, con el fin de tener en cuenta los cambios en el ángulo del sol y las condiciones meteorológicas locales, de modo que los agricultores puedan utilizar la tecnología de manera efectiva. 

Ante el cambio climático, los sistemas agrisolares bien diseñados pueden brindar a los agricultores una mejor oportunidad de mantenerse en el negocio. La capacidad de proteger los cultivos y controlar los niveles de sombra podría optimizar la producción y, al mismo tiempo, generar ingresos a partir de la energía solar, lo que permitiría mantener las tierras agrícolas en producción y rentables. Las aplicaciones de esta tecnología se estudiarán en la UD en los próximos años, a lo largo de este proyecto.

Fotos cortesía de Solagra.