Agrivoltaica (Agrivoltaics): Paneles Solares Aumentan el Rendimiento de Cultivos un 60%

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Alimentando un Mundo en Crecimiento, Impulsando Nuestro Futuro hacia Sistemas Agro-Fotovoltaicos

Se espera que la población mundial crezca en 1.200 millones de personas en 15 años, junto con una creciente demanda de carne, huevos y productos lácteos, que utilizan más del 70% del agua dulce para cultivos, y una creciente demanda de electricidad. Ya no es un secreto que necesitamos un cambio drástico en la producción de energía para ser climáticamente neutros y reducir las emisiones de la humanidad. Numerosos estudios han demostrado que, para lograr esto, debemos invertir fuertemente en fuentes de energía renovable como la eólica y la solar. Los expertos predicen que en el futuro, la producción fotovoltaica aumentará aproximadamente entre seis y ocho veces más de lo que es hoy. La Agricultura ha sido una parte importante de la vida humana durante siglos, y como tal, es esencial que encontremos una manera de mantenerla mientras producimos energía renovable.

Sin embargo, el principal problema de los parques solares tradicionales es que el suelo debajo de los paneles no se puede utilizar. La Agrivoltaica, que combina la Agricultura con la generación de electricidad cultivando bajo un dosel de paneles solares, podría ser la solución a estos problemas.

Entran en juego los sistemas agro-fotovoltaicos (o sistemas Agri-PV). Esta tecnología nos permite instalar celdas solares sobre un campo agrícola y producir electricidad mientras permitimos que los cultivos crezcan debajo.

AgroSolar: Cultivar y producir electricidad

La Agrivoltaica también ha demostrado que es posible cultivar casi todos los cultivos bajo paneles solares, pero puede haber alguna pérdida de rendimiento durante las estaciones menos soleadas para las plantas que requieren mucho sol. No obstante, los rendimientos de los cultivos APV superaron al campo de referencia durante los años 'secos y calurosos', lo que demuestra que la Agrivoltaica podría ser un punto de inflexión en regiones cálidas y áridas.

La cantidad de experiencia con la Agrivoltaica es todavía bastante limitada, pero existen muchas variaciones de Agrivoltaica actualmente en investigación activa. Los grandes éxitos se han dado principalmente con cultivos tolerantes a la sombra como la lechuga, la espinaca, las patatas y los tomates. Algunos ejemplos muy prometedores presentan un caso convincente para la Agrivoltaica.

Las reglas: Preservar términos técnicos, números, unidades, URLs, formato markdown y nombres de marcas. Usar términos agrícolas en español: Agricultura, Agricultura de precisión

La tierra se utiliza dos veces y podemos maximizar la producción de energía. Los sistemas Agri-PV fueron desarrollados en el Fraunhofer Institute, y los investigadores creen que esta tecnología tiene el potencial de cubrir todas las necesidades energéticas de Alemania con solo el cuatro por ciento del área agrícola. Este tipo de generación de energía renovable ya ha sido probado en la empresa Steinicke, ubicada en Lüchow, Baja Sajonia. Los módulos solares se instalaron a una altura de seis metros y se cultivaron hierbas debajo a la sombra. Esto es beneficioso para las plantas, ya que proporciona un microclima y reduce el daño por quemaduras solares. El Fraunhofer Institute también ha construido un campo de pruebas con manzanos para medir los efectos de la sombra y el impacto en la cosecha. Los hallazgos iniciales muestran que el techo fotovoltaico es incluso beneficioso para algunas variedades y las protege de plagas. Se estima que esta tecnología podrá generar alrededor de 700.000 kilovatios hora de electricidad anualmente. AgroSolar es un pionero de esta tecnología y actualmente está trabajando en más proyectos.

Procedimientos largos y costosa instalación

Sin embargo, se enfrentan a un problema común: procedimientos largos. A menudo se tarda dos años y medio en pasar por el procedimiento de plan de desarrollo con un cambio en el plan de uso del suelo, lo que puede costar entre 20.000 y 80.000 euros. Esto dificulta que los sistemas pequeños puedan permitirse el proceso. Se necesitan más incentivos para que los agricultores y empresarios inviertan en sistemas Agri-PV, por lo que podría ser una subvención potencial de la Unión Europea (la fuente habitual de subvenciones agrícolas en toda la UE). La aprobación debe ser más rápida y sencilla, y la digitalización podría ser una herramienta útil.

Las condiciones económicas deben ser adecuadas para que las personas den el paso, la fotovoltaica puede ser un elemento útil en la lucha contra el cambio climático. Con los sistemas Agri-PV, tenemos la oportunidad de generar energía renovable al mismo tiempo que mantenemos la agricultura para poder seguir produciendo alimentos y alimentando a la humanidad. Esta tecnología tiene el potencial de producir tanta electricidad como la que entregan 170 centrales nucleares (teóricamente), si la tecnología se implementara a mayor escala.

Se utilizan paneles solares bifaciales montados verticalmente, que pueden recolectar energía solar de ambos lados del panel, para permitir más tierra cultivable. Este tipo de instalación funcionaría especialmente bien en áreas que sufren erosión eólica, ya que las estructuras reducen la velocidad del viento, lo que puede ayudar a proteger la tierra y los cultivos que crecen allí. Los paneles bifaciales pueden generar más energía por metro cuadrado que los paneles tradicionales de una sola cara y no requieren partes móviles.

Doble uso del suelo: Equilibrando riesgos y oportunidades

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Agrovoltaica es una tecnología relativamente nueva que podría ser un factor importante en la transición energética. El potencial de esta tecnología es grande, pero también lo son los obstáculos que deben superarse para que gane aceptación. Para instalar 215 gigavatios de fotovoltaica para el año 2030, la enmienda de la EEG ha puesto en marcha algunas iniciativas. Esto incluye una prima tecnológica de 1,2 céntimos por kilovatio hora, pero los expertos dicen que esto puede no ser suficiente.

Los Países Bajos son el segundo mayor exportador de alimentos a nivel mundial y una empresa llamada “GroenLeven”, filial del grupo BayWa con sede en Múnich, Alemania, ha iniciado varios proyectos piloto con agricultores locales de frutas. Convirtieron tres hectáreas de una granja de frambuesas de cuatro hectáreas en Babberich, Países Bajos, en una granja agrovoltaica de 2 MW.

Las plantas de frambuesas se cultivaron directamente bajo los paneles solares, que se colocaron en filas alternas orientadas al este y al oeste, maximizando el rendimiento solar y protegiendo al mismo tiempo las plantas del viento. Se encontró que la cantidad y calidad de la fruta producida bajo los paneles era la misma o mejor que la fruta producida bajo túneles de plástico tradicionales, y el agricultor ahorró mucho trabajo en la gestión de los túneles de plástico. Otro beneficio significativo fue que la temperatura era varios grados más fresca bajo los paneles solares, lo que la hacía más agradable para los trabajadores agrícolas y reducía la cantidad de agua de riego en un 50% en comparación con el campo de referencia.

Ventajas de AgroSolar

Al eliminar la competencia por la tierra entre los cultivos alimentarios y energéticos, la nueva tecnología permite un aumento significativo de la eficiencia en el uso del suelo – actualmente hasta el 186% (según AgroSolar).

Una máquina agrícola especializada cultiva la tierra bajo paneles solares elevados en una configuración agrovoltaica, ilustrando cómo esta tecnología de doble uso impulsa la eficiencia del suelo hasta un 186% al combinar la generación de energía limpia con el crecimiento optimizado de los cultivos.

Esta extensa matriz agrovoltaica demuestra el innovador sistema dual que fusiona energía limpia con la agricultura, ofreciendo ventajas significativas.

Esta matriz agrovoltaica ejemplifica el diseño personalizable de sistemas duales, adaptándose a la tierra agrícola y los cultivos.

Ventajas del sistema dual según AgroSolar:

• Cada sistema Agrovoltaico es personalizable y flexible, adaptado al tamaño del área, al tipo de cultivos que se cultivan y a las condiciones geológicas.

• La Agro-PV protege los cultivos y las cosechas de condiciones climáticas extremas como calor, sequía, lluvias intensas, granizo y viento.

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• Las máquinas agrícolas de diferentes tamaños pueden seguir utilizándose como de costumbre bajo los sistemas Agri-Fotovoltaicos.

• Los requerimientos hídricos de las áreas agrícolas pueden reducirse hasta en un 20%, y la capacidad de retención de agua del suelo aumenta.

• Carbono – Agricultura: Con Agri-PV, se puede generar humus controlado, reduciendo la necesidad de fertilizantes y permitiendo que se almacene más CO2 en el suelo.

• El uso de Agri-PV impulsa los rendimientos de los cultivos, permitiendo mayores ingresos para el negocio agrícola.

• Flexible y rentable: Además de invertir en su propio sistema, AgroSolar Europe también ofrece un modelo de leasing, por lo que el negocio agrícola no tiene esfuerzo con la instalación y venta de electricidad.

La Agrivoltaica tiene el potencial de ser una estrategia ganadora para satisfacer nuestras necesidades energéticas y reducir el consumo de agua en las regiones cálidas y áridas del mundo.

Si bien la Agri-PV tiene muchas ventajas, como proporcionar un techo sobre un área y el doble uso de la tierra, existen desventajas que deben considerarse. Estas incluyen:

• Mayores costos
• La necesidad de equilibrar la producción agrícola con la producción de electricidad
• Preocupaciones por la protección del suelo

Sin embargo, la resistencia comunitaria contra la agrivoltaica es importante de controlar, especialmente la pseudo-agrivoltaica, que es una práctica de construcción de grandes granjas solares bajo el pretexto de la agricultura. Las reglas, regulaciones y la burocracia también pueden frenar la agrivoltaica, y es esencial mantener el apoyo local adecuado. La UE considera los sistemas agrivoltaicos como estructuras físicas y requiere un permiso de construcción. El costo por kWh para la agrivoltaica puede ser un 10-20% más alto en comparación con los parques solares tradicionales, lo que plantea la pregunta de quién es el propietario de los paneles solares. Sin la intervención del gobierno a través de subsidios o garantías de precios, la agrivoltaica podría no tener ninguna posibilidad frente a otras iniciativas solares. La agrivoltaica tiene el potencial de ayudar a nuestro suministro de alimentos y a la transición hacia fuentes de energía más limpias sin sacrificar tierras cultivables, especialmente si podemos convertir tierras actualmente utilizadas para cultivar cultivos energéticos en tierras para la producción real de alimentos para humanos o para la reforestación.

También le pedí a mi colega fan de AgroSolar, Lukas, en Twitter, que compartiera algunas ideas sobre las limitaciones, y aquí estamos:

• Buena gestión del drenaje del agua. Por ejemplo, canalones automáticos y limpiables para fuertes aguaceros con capacidad suficiente en los aleros que conducen a tanques de almacenamiento para riego.

• Base de datos sobre qué crece bien con agrosolar: La cuestión de la base de datos no es tanto de física, sino que es importante, ya que no todos los cultivos crecen mejor con menos sol intenso. Mucho menos intimidante para los agricultores.

Colaboraciones con soluciones de almacenamiento semi local power to gas: La tecnología complementaria de power-to-gas en contenedores sin sellado superficial puede ser una buena opción modularmente escalable. Para impulsar finalmente la agrosolar más allá de lo que yo llamaría la "barrera del precio de la electricidad negativa pico solar". Esa barrera ya está presente un poco y puede empeorar gravemente pronto.

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• Fraunhofer Institute (2023) - Investigación que muestra que el 4% de la tierra agrícola puede cubrir las necesidades energéticas de Alemania.
• AgroSolar Europe - Land Use Efficiency up to 186% (2023) - Datos de la empresa sobre sistemas de producción dual que logran una eficiencia en el uso de la tierra del 186%.
• Expert Insights on Agrivoltaic Constraints (2023) - Comentarios de expertos sobre desafíos técnicos y prácticos de la agrivoltaica.
• BayWa AG (2023) - Estudio de caso de una granja de frambuesas de 2 MW con un 50% menos de riego.