Cuando la mayoría de los estadounidenses piensa en la producción agrícola, tiende a imaginar cultivos que crecen a plena luz del sol para alcanzar su máximo potencial de productividad. Sin embargo, a lo largo de décadas, siempre ha habido producción agrícola también en hábitats de sombra o en entornos artificiales. De hecho, gran parte del café y el chocolate (cacao) que se consume como bebidas se ha cultivado bajo árboles leguminosos que dan sombra y fijan nitrógeno, como el madrecacao(Glyericidia sepia), unárbol tropical con un dosel denso y extenso que protege a los cultivos del sotobosque del calor excesivo y de la radiación dañina.  

Prácticamente todos los cultivos alimenticios, forrajeros y hierbas medicinales que se cultivan en los sistemas agroforestales y de cultivos en callejones de América del Norte son, en cierta medida, tolerantes a la sombra. Muchos —como los chiles— pueden tolerar sin problemas una reducción del 35 % al 50 % en la radiación fotosintéticamente activa (PAR) en comparación con la luz solar directa durante todo el día. Rara vez sufren una reducción en el rendimiento debido a una menor exposición a la luz solar en este rango, especialmente entre el mediodía y las 4 p. m. De hecho, el rendimiento de algunas variedades incluso aumenta, tal vez porque un porcentaje significativo de todas las plantas silvestres áridas, templadas y tropicales evolucionaron para comenzar su vida bajo la sombra de «plantas nodrizas» y han desarrollado tolerancia a la sombra en diversos grados a lo largo de milenios. Más de 30 000 agricultores en EE. UU. se dedicaban a uno o más tipos de prácticas agroforestales para 2017, cuando las prácticas agrivoltaicas aparecieron por primera vez en el panorama estadounidense.  

Plantas de chile en un sistema agrivoltaico en Arizona. Foto: NCAT

Beneficios y retos de la ubicación conjunta de instalaciones solares y cultivos 

Entonces, ¿qué tipo de beneficios obtienen los cultivos que crecen a la sombra y cuáles son los retos de cultivar bajo cualquier tipo de sombra, tanto para los árboles como para los paneles solares? 

Beneficios 

Veamos primero los beneficios. La sombra reduce la cantidad de quemaduras solares que sufren las plantas del sotobosque, pero sobre todo minimiza los efectos de la radiación ultravioleta dañina. También actúa como un amortiguador de temperatura, reduciendo las altas temperaturas del verano entre 4°F y 6°F y manteniendo las temperaturas invernales bajo el dosel de los cultivos entre 2°F y 4°F más cálidas; en algunos casos, esto es suficiente para evitar heladas prematuras o para extender la temporada de cultivo libre de heladas hasta por tres semanas. Con menos sol directo, se reducen la evaporación del agua del suelo y la transpiración de las hojas, y el estrés hídrico del suelo puede no ser tan grave.  

Las flores de los cultivos sufren menos abortos a temperaturas más frescas y, además, atraen a más polinizadores. No solo se reduce la desecación de las plantas, sino que el contenido de nitrógeno en el follaje tampoco aumenta lo suficiente como para provocar ataques masivos de insectos chupadores de hojas o que se alimentan de las hojas. Al mismo tiempo, losniveles de Brix—un indicador de cuán dulces y nutritivas pueden ser las verduras y hierbas— se mantienen en niveles más altos, lo que aumenta el valor del cultivo. 

Quizás la ventaja más importante es que protege a los trabajadores agrícolas que realizan tareas de gestión o cosecha del estrés térmico severo y la deshidratación durante los veranos calurosos, mejorando su eficiencia en la cosecha y reduciendo su vulnerabilidad ante los riesgos y las enfermedades. Solo en 2023, 30 000 trabajadores al aire libre más en los EE. UU. sucumbieron al estrés térmico que en cualquier otro año de la historia registrada. Dado que los cultivos cosechados a mano requieren mucho tiempo, quienes los cosechan son especialmente vulnerables. 

Imagen térmica que muestra a un trabajador agrícola debajo de un panel solar con una temperatura corporal de 80 °F y una temperatura exterior superior a 100 °F. Foto: NCAT

Desafíos   

Las desventajas de la colocalización son más evidentes para algunas plantas que necesitan sol que para otras. Si el árbol del dosel o el panel solar “compiten” por demasiada luz, esto provocará una reducción en la fotosíntesis y en los rendimientos, lo que a su vez obstaculizará el crecimiento de las plantas que se encuentran debajo. Sin embargo, es posible que se retenga más humedad en el microclima debajo de los paneles, lo que favorece las enfermedades fúngicas y posiblemente provoque más daño a las plantas por parte de los insectos que prosperan en ese entorno fúngico. 

El crecimiento de los cultivos puede verse obstaculizado, lo que requiere más poda o dificulta la cosecha. Y, por supuesto, la mayoría de las cosechadoras mecánicas de gran altura quedan descartadas si los paneles miden 5 metros (16,4 pies) o menos de altura. 

Por último, el espacio debajo de los paneles fotovoltaicos es costoso, tanto económica como ecológicamente, por metro cuadrado; el metal, el cableado de cobre y el acristalamiento de vidrio o fibra de plástico de los paneles fotovoltaicos conllevan una considerable «energía incorporada», por lo que cada panel ofrece un espacio de cultivo pequeño pero muy costoso (excepto si se compara con invernaderos de alta tecnología, computarizados, con aire acondicionado y bancas móviles).  Es poco probable que el cultivo de granos o frijoles secos bajo sistemas fotovoltaicos llegue a ser rentable alguna vez. 

Entonces, ¿qué tienen de diferente y distintivo los espacios de crecimiento a la sombra bajo los paneles fotovoltaicos? Por un lado, estas áreas cuentan con cubiertas sólidas o ranuradas, en lugar de ser difusas y porosas como la mayoría de las copas frondosas. En segundo lugar, todos los espacios construidos en un sistema fotovoltaico tienen una altura y un tamaño similares, mientras que la altura y el tamaño varían mucho en los bosques naturales o semicultivados.  

En entornos naturales, los «árboles nodriza» también ofrecen mucho más que sombra y regulación de la temperatura a las plantas del sotobosque; además, proporcionan conexiones micorrízicas y renuevan la fertilidad del suelo. Algunos árboles leguminosos de raíces profundas también bombean y liberan agua y nutrientes a otras plantas de su grupo de plantas nodrizas que son demasiado jóvenes para hacerlo por sí mismas 

Los cultivos que aquí se analizan y que son más adecuados para las condiciones de la agrivoltaica son los cultivos comerciales de alto valor o las frutas y verduras con alto contenido nutricional destinadas al consumo doméstico o comunitario. Estos cultivos son más adecuados para las condiciones de la agrivoltaica en comparación con los cultivos de granos o leguminosas, por ejemplo. Es probable que los cultivos medicinales y los cultivos para alimentos con propiedades farmacológicas se adapten mejor a las condiciones de cultivo en terrenos de doble uso. 

Plantas de chile en un sistema agrivoltaico en Arizona. Foto: AgriSolar Clearinghouse

Consideraciones para la selección de cultivos 

Es importante analizar qué forma, tamaño y porte de las plantas de cultivo podrían ser los más adecuados para la producción agrivoltaica durante un período prolongado. Al considerar los cultivos que se adaptarán mejor a las condiciones de un sitio agrivoltaico, es importante tener en cuenta los siguientes puntos. 

Características del cultivo: 

  • Formas de crecimiento trepadoras o «arbustivas» 
  • Que le guste el sol o que le guste la sombra  
  • Altura y ancho de la planta en su etapa de pleno desarrollo 
  • ¿Se requieren cosechas múltiples o cosechas únicas? 
  • Profundidad de las raíces 

Si tuviéramos que diseñar un «ideotipo» que se adaptara mejor al microambiente fotovoltaico, este tendría que cumplir al menos cinco de las siguientes características vegetales: 

  • Las plantas trepadoras verticales o de crecimiento «indeterminado», que aprovechan al máximo el espacio debajo de los paneles solares al colocarse en un enrejado, o las plantas trepadoras «más rígidas» que se apoyan en un enrejado (como la pitaya y las alcaparras). Las plantas trepadoras que se extienden más allá de los límites de los paneles pueden tener un efecto refrescante que aumenta la eficiencia en la producción de energía fotovoltaica (esta estrategia supone que los espacios entre los paneles no se están utilizando de otra manera). 
  • Tolera la sombra moderada (especialmente al mediodía), con una interceptación o filtración de la radiación fotosintéticamente activa (PAR) que oscila entre el 35 % y el 50 % de la luz diurna total,  
  • Hábitat de crecimiento que permita la cosecha de semillas, frutos, flores, capullos o hojas desde la altura de la cintura (1 metro o 3,28 pies) hasta la altura de los hombros (de 1,4 a 1,8 metros o de 4,59 a 5,9 pies) sobre el suelo, para facilitar el trabajo manual o con cosechadoras mecánicas. 
  • Se pueden cosechar o “cortar” varias veces por temporada; para ello, hay que podarlas a fin de estimular el rebrote posterior y volver a cortarlas entre tres y cuatro semanas después de la cosecha anterior. 
  • Pueden ser plantas perennes con raíces profundas o con rizomas superficiales y estolones, o bien plantas anuales de ciclo estacional más duraderas que pueden arrancarse después de la última cosecha para dar lugar a nuevos trasplantes en el mismo espacio. 

Ahora que hemos establecido los criterios arquitectónicos y de comportamiento ideales para seleccionar plantas de cultivo, a continuación presentamos una lista de cultivos que cumplen con tres o más de estos criterios. Estas listas se centran en plantas de cultivo de alto valor que cuentan con otras adaptaciones a condiciones de calor y sequía, pero que pueden requerir sombra parcial o cortes y cosechas frecuentes. 

Enredaderas y arbustos de bayas con brotes largos y arqueados que pueden trepar tanto vertical como horizontalmente: grosellas, moras silvestres, grosellas espinosas(Ribes spp.);zarzamoras, moras, moras silvestres y loganberries (Ribesspp.), uvas, incluyendo muscadinas, muscats, scuppernongs, etc.(Vitis spp.) 

Cactus arborescentes y trepadores con frutos de alto valor: el nopal de la cochinilla(Opuntia cochiillifera)y los cactus de pitaya, entre los que se incluyen la pitahaya de pulpa blanca (Selinicereus undulatus), la pitahaya de pulpa roja (Selenicereus costaricensis) y la pitahaya amarilla (Selenicereus megalanthus); las pitahayas agrias(Stenocereus gummosus, S. quereteroensis yS. griseus), plantas anuales de temporada con mayor vida útil que pueden arrancarse después de la última cosecha para permitir que se trasplanten nuevas plantas en el mismo espacio.      

Arbustos de baja estatura con abundante producción de frutos, brotes o bayas durante una temporada prolongada: alcaparras(Capparisspinosa);capulín ycerezasde arena(Prunus salicifolia); chiltepín, chile del árbol, shishito, etc.(Capsicum annuum); espino mexicano o tejocote(Crataegus mexicana); saúco(Sambucus nigra);goji o baya del lobo(Lycium barbarum, L. chinense, L. fremontii yL. pallidum); lima persa (Citrus x latifolia); lima de la Isla del Cayo(Citrus aurantifolia); kumquat(Fortunella margarita ehíbridos); azufaifo(Zizyphus jujuba);guayaba(Psidium guajava); hibiscoo acedera jamaicana(Hibiscus sabdardiff); omaracuyáy fruta de la pasión(Passiflora spp.). 

Hierbas culinarias perennes que pueden tolerar (o incluso aumentar su producción gracias a) podas frecuentes e intensas: orégano mexicano(Lippia berlandieri, L. graveolens), azafrán(Crocus sativus),estragónmexicano(Tagetes lucida), papaloquelite (Porophyllum ruderale),el orégano de la SierraMadre(Poliomentha madrensis), el lavandín(Lavendula intermedia),el orégano griego(Origanum vulgare), el tomillo(Thymus vulgaris)y la hierba de limón(Cymbopogon citratus). 

Árboles enanos o podados drásticamente con frutos de alto valor: variedades enanas de higos(Ficusspp.), granadas(Punica granatum), cerezas, incluida la cereza mahaleb(Prunus mahaleb), olivos(Olea europea), pimientasde Sichuan(Zanthoxylum armatum, Z. bungeanumyZ. simulans), yel zumaque mediterráneo(Rhus coriaria). 

Hierbas anuales de temporada larga o plantas alimenticias y medicinales perennes (nutracéuticos) que pueden tolerar podas frecuentes: stevia de hoja dulce(Stevia rebaudiana),albahaca sagradao tulsi(Ocimum tenuiflorum), damiana(Turnera diffusa), azafrán(Crocus sativus),melón-pepinosilvestrelibanés (Cucumis melo, uno delos progenitores del popular pepino de invernadero beit-alpha); y chía(Salvia hispanica). 

Es importante considerar qué diseño hortícola y qué densidad cumplen con las características óptimas necesarias para el cultivo en condiciones agrivoltaicas, ya que ninguno de estos cultivos propuestos necesita cultivarse en monocultivo con espaciamiento uniforme. Por ejemplo, las variedades de cultivos menos sensibles al sol pueden colocarse en la periferia de los paneles solares, reservando el área central para las variedades o especies más tolerantes a la sombra. 

Un ponente habla sobre la agrivoltaica en Arizona. Foto: AgriSolar Clearinghouse

Como alternativa, se pueden colocar plantas perennes leñosas más altas debajo de los niveles más altos de los paneles, reservando las variedades o especies más bajas para la zona más baja, hacia la “parte frontal” del panel inclinado. Sin embargo, los nuevos diseños de sistemas fotovoltaicos cuentan con seguidores solares computarizados para unidades móviles o reclinables, por lo que esta consideración podría dejar de ser relevante en el futuro. Otra opción es cultivar plantas trepadoras indeterminadas, como pepinos o uvas, en la periferia de la sombra del panel solar. Esto podría permitir que esos cultivos «se extiendan» y proporcionen vegetación que reduzca las temperaturas ambientales en la superficie del panel. Esto podría aumentar la eficiencia de la producción diaria de energía y prolongar la vida útil de los paneles. 

Una última consideración es que, en el caso de cultivos de valor extremadamente alto, como los alimentos para uso farmacéutico y los productos farmacéuticos, proteger los laterales del espacio de cultivo podría reducir o detener la depredación por parte de insectos o herbívoros vertebrados. El costo total de construcción y producción en un sistema agrivoltaico seguiría siendo mucho menor que el de la mayoría de los invernaderos comerciales; sin embargo, el microclima agrivoltaico y el espacio de cultivo se considerarían entonces un “ambiente controlado”. 

Al seleccionar cultivos que sean especialmente adecuados para su cultivo en entornos agrivoltaicos, toma en cuenta las recomendaciones proporcionadas anteriormente. Haz preguntas relacionadas con las características del diseño de los paneles solares, incluyendo la altura, el ancho y otras características de diseño, así como las medidas. Luego, considere las características de las plantas que se están evaluando para ese sitio: altura, ancho, consumo de agua, profundidad de las raíces, calendario de cosecha, etc. A continuación, elabore una estrategia a partir de las características que haya identificado tanto para los paneles como para las plantas y tome una decisión informada sobre qué funcionará mejor para ese sitio agrivoltaico específico, ya que las condiciones agrivoltaicas pueden variar de un sitio a otro.