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LA AGRICULTURA BAJO PANELES SOLARES AHORRA AGUA Y GENERA ENERGÍA

Los investigadores informan que cultivar bajo paneles solares, un proceso llamado agrivoltaicos, puede impulsar la producción de alimentos, el ahorro de agua y la eficiencia de la producción de electricidad.

La creación de resiliencia en las energías renovables y la producción de alimentos es un desafío fundamental en el mundo cambiante de hoy, especialmente en las regiones susceptibles al calor y la sequía.

Agrivoltaics, también conocido como compartir solar, es una idea que ganó fuerza en los últimos años. Sin embargo, pocos estudios han monitoreado todos los aspectos de los sistemas asociados de alimentos, energía y agua, y ninguno se ha centrado en las áreas de tierras secas, regiones que experimentan desafíos en la producción de alimentos y escasez de agua, pero tienen un exceso de energía solar.

“Muchos de nosotros queremos más energía renovable, pero ¿dónde pones todos esos paneles? A medida que crecen las instalaciones solares, tienden a estar en las afueras de las ciudades, y aquí es donde históricamente hemos estado cultivando nuestros alimentos “, dice Greg Barron-Gafford, profesor asociado de la Facultad de Geografía y Desarrollo de la Universidad de Arizona y autor principal del artículo en Nature Sustainability .

LA AGRICULTURA BAJO PANELES SOLARES AHORRA AGUA Y GENERA ENERGÍA
Los investigadores utilizaron instrumentos para monitorear continuamente varios factores clave, incluidos los niveles de luz entrante, la temperatura del aire, la humedad relativa, la temperatura de la superficie del suelo y la humedad del suelo. (Foto: Greg Barron-Gafford / U. Arizona)

Un estudio reciente en Nature descubrió que las tierras de cultivo actuales son las “cubiertas terrestres con el mayor potencial de energía solar fotovoltaica” según un análisis exhaustivo de la luz solar entrante, la temperatura del aire y la humedad relativa.

“Entonces, ¿qué uso de la tierra prefiere, la producción de alimentos o energía? ¡Este desafío golpea justo en la intersección de las conexiones humano-ambientales, y ahí es donde brillan los geógrafos! “, Dice Barron-Gafford, quien también es investigador de Biosphere 2.” Comenzamos a preguntar: ‘¿Por qué no hacer ambas cosas en el mismo lugar? ? Y desde entonces hemos estado cultivando cultivos como tomates, pimientos, acelgas, col rizada y hierbas a la sombra de los paneles solares ”.

HECHO A LA SOMBRA

Utilizando paneles solares fotovoltaicos, o fotovoltaicos, y vegetales regionales, el equipo creó el primer sitio de investigación agrivoltaica en Biosphere 2. Los profesores y estudiantes, tanto estudiantes universitarios como graduados, midieron todo, desde cuando las plantas germinaron hasta la cantidad de plantas de carbono que estaban absorbiendo. atmósfera y el agua que estaban liberando, a su producción total de alimentos durante la temporada de crecimiento.

El estudio se centró en las plantas de pimiento chiltepín, jalapeño y tomate cherry que se colocaron bajo una matriz de PV. A lo largo de la temporada de crecimiento de verano promedio de tres meses, los investigadores monitorearon continuamente los niveles de luz entrante, la temperatura del aire y la humedad relativa utilizando sensores montados sobre la superficie del suelo y la temperatura y humedad de la superficie del suelo a una profundidad de 5 centímetros. Tanto el área de siembra tradicional como el sistema agrivoltaico recibieron tasas de riego iguales y los investigadores los probaron usando dos escenarios de riego: riego diario y riego cada dos días.

Descubrieron que el sistema agrivoltaico afectó significativamente tres factores que afectan el crecimiento y la reproducción de las plantas: la temperatura del aire, la luz solar directa y la demanda atmosférica de agua. La sombra que proporcionaron los paneles fotovoltaicos dio como resultado temperaturas diurnas más frías y temperaturas nocturnas más cálidas que el sistema tradicional de plantación a cielo abierto. También hubo un déficit de presión de vapor más bajo en el sistema agrivoltaico, lo que significa que había más humedad en el aire.

“Descubrimos que muchos de nuestros cultivos alimentarios funcionan mejor a la sombra de los paneles solares porque están a salvo del sol directo”, dice Baron-Gafford. “De hecho, la producción total de fruta chiltepin fue tres veces mayor bajo los paneles fotovoltaicos en un sistema agrivoltaico, ¡y la producción de tomate fue el doble!”

Los jalapeños produjeron una cantidad similar de fruta tanto en el sistema agrivoltaico como en la parcela tradicional, pero lo hicieron con un 65% menos de pérdida de agua por transpiración.

“Al mismo tiempo, descubrimos que cada evento de riego puede apoyar el crecimiento de los cultivos durante días, no solo horas, como en las prácticas agrícolas actuales. Este hallazgo sugiere que podríamos reducir nuestro uso del agua pero aún así mantener los niveles de producción de alimentos ”, agrega Barron-Gafford, y señala que la humedad del suelo permaneció aproximadamente un 15% más alta en el sistema agrivoltaico que en la parcela de control al regar cada dos días.

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Además de los beneficios para las plantas, los investigadores también descubrieron que el sistema agrivoltaico aumentaba la eficiencia de la producción de energía. Los paneles solares son inherentemente sensibles a la temperatura; a medida que se calientan, su eficiencia disminuye. Cultivar cultivos debajo de los paneles fotovoltaicos permitió a los investigadores reducir la temperatura de los paneles.

“Esos paneles solares que se sobrecalientan en realidad se enfrían por el hecho de que los cultivos debajo emiten agua a través de su proceso natural de transpiración, al igual que los señores en el patio de su restaurante favorito”, dice Barron-Gafford.

“En total, eso es ganar-ganar-ganar en términos de mejorar nuestra forma de cultivar nuestros alimentos, utilizar nuestros preciosos recursos hídricos y producir energía renovable”.

AGRIVOLTAICOS PARA UN FUTURO MÁS VERDE

La investigación de Barron-Gafford en agrivoltaics se ha expandido para incluir varias instalaciones solares en tierra del Distrito Escolar Unificado de Tucson, o TUSD. Moses Thompson, quien divide su tiempo entre el TUSD y la Escuela de Geografía y Desarrollo, señala que el equipo también está utilizando las instalaciones solares del TUSD para interactuar con los estudiantes de K-12.

“Lo que me atrae a este trabajo es lo que le sucede al alumno de K-12 cuando su participación es consecuencia y la investigación vive en su comunidad”, dice Thompson. “Ese cambio en la dinámica crea estudiantes que se sienten decididos a enfrentar grandes desafíos como el cambio climático”.

Los autores dicen que se necesita más investigación con especies de plantas adicionales. También señalan el impacto actualmente inexplorado que podrían tener los agrivoltaicos en el bienestar físico y social de los trabajadores agrícolas. Los datos preliminares muestran que la temperatura de la piel puede ser de aproximadamente 18 grados Fahrenheit más fría cuando se trabaja en un área agrivoltaica que en la agricultura tradicional.

“El cambio climático ya está interrumpiendo la producción de alimentos y la salud de los trabajadores agrícolas en Arizona”, dice el coautor Gary Nabhan, un agroecólogo en el Southwest Center. “El suroeste de los Estados Unidos ve muchos golpes de calor y muertes relacionadas con el calor entre nuestros trabajadores agrícolas; esto podría tener un impacto directo allí también “.

Barron-Gafford y el equipo ahora están trabajando con el Laboratorio Nacional de Energía Renovable del Departamento de Energía de EE. UU. Para evaluar qué tan bien puede funcionar un enfoque agrivoltaico en otras regiones del país y cómo las políticas regionales pueden promover la adopción de enfoques novedosos para resolver estos problemas generalizados.

“Imagine el impacto que podemos tener en nuestra comunidad, y en el mundo en general, al pensar de manera más creativa en la agricultura y la producción de energía renovable juntos”, dice la coautora Andrea Gerlak, profesora de la Facultad de Geografía y Desarrollo de la Facultad de Ciencias Sociales y del Comportamiento. Ciencias.

Otros coautores son de la Universidad de Arizona, la Universidad de Maryland y el Laboratorio Nacional de Energía Renovable. La financiación para este estudio provino de la Fundación Nacional de Ciencias y el Laboratorio Nacional de Energía Renovable del Departamento de Energía.

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