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Sistemas agrivoltaicos: cosechando energía junto con alimentos

Granjas con paneles solares
Credito: Robert J. Polett Getty Images
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Las matrices solares ubicadas en campos agrícolas pueden beneficiar tanto la producción de energía, como de cultivos. A estos conjuntos se los denomina sistemas agrivoltaicos.

En 2008, J. David Marley, un ingeniero que era propietario de una empresa de construcción en Amherst, Massachusetts, tuvo una idea. Acababa de terminar de construir una gran matriz solar en la azotea de su edificio de oficinas del centro.

Había aprendido que la mano de obra y el esfuerzo para colocarlo allí, era mucho más costoso que si hubiera construido la matriz solar en el suelo.

En Massachusetts, una zona muy poblada, las tierras de cultivo son relativamente raras y solo el 10% de sus alimentos son de cosecha propia. Si hubiera colocado sus paneles solares en un campo agrícola, se preguntó Marley, ¿qué harían con la producción de alimentos?

Después de más de una década de experimentación, un estudio escrito el mes pasado por 11 científicos nos dio una respuesta. En muchos casos, los agricultores y los futuros suministros de alimentos, se beneficiarán de tener paneles solares en sus campos, especialmente a medida que el cambio climático introduce más sequía y temperaturas abrasadoras en las áreas agrícolas.


El estudio encontró que la forma convencional de instalar paneles solares tiende a aumentar el calor. Los conjuntos a menudo se sientan sobre un lecho de grava blanca que sofoca la vegetación y refleja la luz del sol de regreso al conjunto. Eso aumenta su temperatura y puede reducir la producción de electricidad entre 1% y 3%.

El estudio señaló que los animales de pastoreo y muchos cultivos de hortalizas pueden beneficiarse de la sombra parcial debajo de los paneles solares. Además, el flujo resultante de electricidad renovable equivale a otro cultivo, lo que brinda a los agricultores más ingresos y reduce las emisiones provenientes de la electricidad a base de combustibles fósiles.

El Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL), parte del Departamento de Energía, ha apoyado múltiples experimentos de cultivo solar. En una declaración reciente, dijo que la ubicación conjunta de paneles solares “podría ofrecer resultados beneficiosos para todos” en muchos sectores agrícolas.

El mes pasado, NREL ayudó a publicitar el estudio que apareció en Nature Sustainability bajo el pesado nombre de “sistemas agrivoltaicos”. Es el concepto de colocar paneles solares en campos agrícolas activos. Encontró que los cambios “impactaron cada aspecto de la actividad de la planta” con tres cultivos alimenticios diferentes, generalmente para mejor. El estudio predijo que los ahorros futuros del agua utilizada para el riego de las tierras de cultivo secas de Arizona, donde los autores del estudio los probaron contra los cultivos convencionales, serían “sustanciales”.

Jordan Macknick, un investigador de NREL que ha seguido los estudios agrivoltaicos de la agencia desde que comenzaron en 2010, dijo que hay 25 experimentos en lugares remotos de los EE. UU. Incluyen el pastoreo de animales en Colorado y el cultivo de tomates, papas y melones sin riego en Oregon. Otros incluyen criar abejas alrededor de flores protegidas por paneles solares en Minnesota y colocar paneles solares sobre pantanos de arándanos en Massachusetts.

“Suponemos que para 2030 habrá alrededor de 3 millones de acres de tierra en los Estados Unidos con paneles solares en ellos” para fines combinados de producción agrícola y energética, explicó Macknick.

Hubo experimentos desde principios de la década de 1980 en Alemania, Francia y Japón. Insinuaron el beneficioso matrimonio entre los paneles solares y la agricultura, pero cuando comenzó sus experimentos en Amherst en 2008, Marley no sabía nada de ellos.



Pero estaba seguro de que los paneles solares convencionales tendrían que rediseñarse para presentarlos a los agricultores. La grava reflectante debería eliminarse junto con los cimientos de hormigón tradicionales y las tuberías de acero. Mientras que las matrices convencionales se ubicaban bajas sobre el suelo, Marley quería elevarlas a un mínimo de 7 pies. Eso proporcionaría suficiente espacio para que los animales pasten, al tiempo que permite que los tractores trabajen los cultivos plantados en la tierra desnuda debajo.

Anne Marley dijo una vez esto sobre su esposo: era un hombre con un plan y tenía prisa por hacer algo sobre el cambio climático. “Él creía que llegamos tarde”, dijo. “Estamos atrasados, y en lugar de esperar a que el gobierno lo haga, tenemos que hacerlo realidad”.

ALIMENTOS VERSUS ENERGÍA

J. David Marley formó una compañía, Hyperion Systems LLC, y desarrolló una asociación con la Universidad de Massachusetts, Amherst, de la cual se graduó, para construir un sitio de prueba en 2009. Visualizó matrices que podrían construirse en estructuras de postes de madera que podría eliminarse si los agricultores quisieran plantar algo más.

Los arreglos alcanzaron hasta 15 pies para dejar espacio para la agricultura y dejar que la lluvia y la nieve fluyeran. Stephen Herbert, un ingeniero agrónomo de la universidad, ayudó a determinar el espacio óptimo entre paneles para que la suficiente luz solar llegara al suelo.

“Esto salió de la nada”, recordó Herbert. La economía favorable de combinar paneles solares con pastos para el pastoreo de ganado vacuno y ovino fue, como él lo dijo, “obvio”. El pasto, los animales de granja y la producción de electricidad se beneficiaron.

Marley, quien más tarde patentó los diseños y ganó una subvención de $ 1.5 millones del Departamento de Educación para enseñar a los estudiantes de escuelas técnicas nuevos usos de los sistemas solares fotovoltaicos, murió en 2013. Herbert mantiene la tradición en sus clases de agronomía, explicando cómo los experimentos llevaron a una variedad de vegetales, incluyendo col rizada, acelgas, lechuga, frijoles, brócoli y pimientos, y electricidad renovable que crece de manera rentable en varias parcelas en Massachusetts.

Tal como lo explica Herbert, los gobiernos tendrán que involucrarse más y tomar decisiones sobre cómo usar el nuevo sistema, de lo contrario, un clima más cálido obligará a los agricultores a “quitar la tierra de la productividad mientras estarán aumentando las personas que tendrán hambre”.

“Les digo a los jóvenes que es su futuro, no tanto el mío. Tendrán que tomar en serio las cuestiones de política”, dijo.

Los gobiernos ciertamente se han involucrado más. Desde 2017, los departamentos de Recursos Energéticos y Agrícolas de Massachusetts han estado luchando con un programa de subvenciones que alienta a los agricultores a probar las energías renovables. Al mismo tiempo, el programa intenta restringir a las compañías que venden matrices y energía solar para que no se apoderen de demasiadas tierras agrícolas.

En 2017, Massachusetts estableció el objetivo de alcanzar 1.600 megavatios de energía solar para 2020, pero impuso un límite destinado a proteger las tierras de cultivo. El cincuenta por ciento de la tierra de una granja tuvo que permanecer expuesto a la luz solar. Ahora el estado planea agregar 800 MW, y está considerando una propuesta para darles a los agricultores una tarifa más baja por su electricidad si continúan expandiendo el área cubierta por los arreglos.

Más agricultores quieren participar en el programa, y algunos defensores de la industria solar están presionando por sumar 4.800 MW. Quieren más acceso a tierras de cultivo para traer un mayor porcentaje de energía renovable a las comunidades cercanas. Herbert cree que la proporción de tierras de cultivo sin paneles solares podría descender ligeramente por debajo del 50% y seguir teniendo sentido económico para los agricultores. Más allá de eso, piensa que las tierras de cultivo existentes deberían preservarse para los cultivos tradicionales y no para aumentar la electricidad.

En este momento, el programa está en espera de que el estado redacte nuevas regulaciones; se supone que serán liberados en febrero.

Mientras tanto, el interés en la agricultura agrivoltaica continúa extendiéndose. El programa del DOE retuvo a la compañía de Marley, Hyperion, como socio en 2015 y planea establecer un nuevo sitio experimental en Puerto Rico. La tierra se está utilizando para criar ganado y cultivar café.

Un asesor en ese proyecto será Jake Marley, el hijo de David Marley y el nuevo gerente de Hyperion. Dijo que el programa DOE, llamado InSPIRE para “preparación innovadora del sitio y reducciones de impacto en el medio ambiente”, refleja el enfoque conservador de su padre para usar las tierras de cultivo. “Su objetivo principal no era sacar la tierra de la producción”, dijo Jake Marley. “Él creía en la producción decomida primero, y de energía en segundo lugar”.

La idea original fue producto de dos científicos en Alemania en 1981. Produjeron un artículo llamado “Kartoffeln Unterm Kollektor” (“Patatas bajo paneles”) que mostró por primera vez cómo podría funcionar la economía de la agricultura con paneles solares.

La idea se ha extendido por todo el mundo, y Macknick, el investigador de NREL, dijo que generará más innovaciones, incluidas algunas de compañías en la India que planean colgar paneles solares sobre canales de riego para producir electricidad y reducir la evaporación del agua de riego preciosa en el Mismo tiempo.

Él dice que hay más innovación en curso en los EE. UU., Donde las empresas están pensando en usar paneles solares translúcidos para dejar entrar más luz solar y construir invernaderos solares eléctricos para combinar la producción de energía y plantas. Se están vendiendo tomates y miel “alimentados por energía solar” en los mercados de agricultores.

La experimentación continúa. “Habrá un gran apetito por esto en países pequeños o en aquellos que no tienen muchas tierras de cultivo disponibles”, dijo Macknick. “Ahí verás muchos conflictos entre alimentos y energía, y hay formas en que puedes ayudar a minimizarlos”.

“Pero todavía hay muchas preguntas abiertas sobre cómo hacer crecer este derecho”, agregó.

Artículo en inglés

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