El sistema piloto instalado por Winston Cone Optics en el techo de un establo lechero en California

Gracias al aumento de las instalaciones solares fotovoltaicas en los últimos años, la agrivoltaica ha comenzado a ganar visibilidad pública como una forma de conciliar el uso de la tierra para la producción agrícola y la generación de energía. Al combinar la producción de energía con la agricultura sostenible, la tierra que ocupan los paneles solares puede seguir produciendo cultivos, proporcionar forraje para el pastoreo de animales o incluso servir como hábitat para la polinización de las abejas. Más allá de la energía fotovoltaica, el concepto más amplio de «agrisolar» también abarca la energía solar térmica concentrada (CSP), que puede ayudar a descarbonizar el sector del procesamiento agrícola. Winston Cone Optics (WCO), con sede en Merced, California, está a la vanguardia de esta iniciativa, ayudando a los productores lecheros a reducir su consumo de propano mediante el uso de la energía solar térmica concentrada para calentar agua destinada a la esterilización de equipos.  

El sistema CSP de WCO se desarrolló en la Universidad de California, Merced, bajo la dirección del Dr. Roland Winston. La tecnología utiliza óptica no imagística, lo que permite que el sistema funcione en una posición fija. En comparación con los sistemas fotovoltaicos de seguimiento —que ajustan el ángulo del panel solar a lo largo del día para seguir la trayectoria del sol—, el sistema de WCO requiere menos mantenimiento y menos piezas, al tiempo que alcanza una eficiencia del 50 al 60 %. Los colectores solares combinan reflectores sin imagen con receptores de tubos al vacío. Estos tubos receptores albergan una aleta con recubrimiento selectivo que absorbe la energía térmica concentrada. A medida que la aleta aumenta de temperatura, el agua a presión circula por el tubo y llega a un intercambiador de calor, desde donde el agua caliente puede pasar al sistema de agua caliente. 

Dibujo esquemático del sistema de la lechería.

Cuando WCO buscaba un sitio piloto, se enteró de que una lechería local estaba construyendo un establo de estabulación libre totalmente automatizado muy cerca de su sede. Se pusieron en contacto con el ganadero y le ofrecieron instalar su sistema con el objetivo de reducir los costos de propano de la granja. Los fondos de la Comisión de Energía de California ayudaron a financiar el proyecto, cuyo costo total fue de alrededor de 50 000 dólares, sin incluir la mano de obra. En octubre de 2022, un sistema de paneles solares de 91 metros cuadrados instalado en el techo del establo comenzó a precalentar el agua para la esterilización del equipo de ordeño. El sistema precalienta 1,000 galones de agua de pozo de 70 a 180 grados Fahrenheit cada día y la almacena en un tanque de agua caliente para su uso en cualquier momento. Se integra perfectamente al sistema de calefacción existente, que funciona con propano y que ahora actúa como sistema de respaldo para calentar el agua en días nublados, cuando el sistema solar no puede cubrir por completo la demanda. El costo del sistema por kilovatio es casi la mitad de lo que el agricultor paga actualmente por el propano, y ha reducido el consumo de agua para calentar agua en la granja en un 70 %. 

Primer plano del sistema de energía solar concentrada en el techo del granero.

A medida que los agricultores siguen buscando formas de reducir sus costos operativos y disminuir su dependencia de los combustibles fósiles, el sistema robusto y sencillo de WCO se presenta como una solución atractiva y muy prometedora. El equipo destaca la adaptabilidad del sistema, ya que los colectores modulares pueden ampliarse o reducirse fácilmente para satisfacer las necesidades de una amplia variedad de procesos. Los módulos pueden instalarse tanto en superficies planas como inclinadas, lo que facilita su colocación en casi cualquier azotea y evita ocupar valioso espacio en el suelo. El tiempo de instalación también es impresionantemente rápido. El equipo recomienda primero realizar una auditoría de energía térmica para asegurarse de que el edificio esté debidamente aislado, seguido de un período de seguimiento de las necesidades energéticas del sistema actual del edificio. Una vez que se ha establecido una comprensión de la carga energética, el equipo sabe cómo dimensionar adecuadamente el sistema CSP para satisfacer las exigencias del proceso. A continuación, la instalación del nuevo sistema puede tomar tan solo unas pocas semanas. De cara al futuro, el equipo de WCO está entusiasmado por continuar su trabajo en el sector lechero y espera ampliar su cartera de sitios en una variedad de granjas, tanto grandes como pequeñas.  

Fotos cortesía de: Winston Cone Optics 

Este blog es una producción del Centro Nacional de Tecnología Apropiada (NCAT) a través del programa de Agricultura Sostenible de ATTRA, en el marco de un acuerdo de cooperación con el Departamento de Desarrollo Rural del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA). ATTRA.NCAT.ORG.