Los científicos de Texas A&M AgriLife están contribuyendo activamente al creciente cuerpo de investigación centrado en la agrovoltaica, una tecnología innovadora con el potencial de mejorar la eficiencia y la resiliencia de los sistemas agrícolas y alimentarios sostenibles, al tiempo que satisfacen la creciente demanda de energía del estado.
Si bien Texas es líder nacional en producción de energía, gracias a sus diversas reservas de combustibles fósiles y recursos de energía renovable, la población en rápido crecimiento del estado impone una demanda cada vez mayor a la red eléctrica. Este año, el Consejo de Confiabilidad Eléctrica de Texas informó una demanda récord no oficial de 85,435 megavatios durante la ola de calor del verano.
Los sistemas fotovoltaicos, comúnmente conocidos como energía solar o conjuntos de paneles solares, desempeñan un papel importante a la hora de satisfacer estas crecientes necesidades energéticas, pero las instalaciones requieren mucha tierra y pueden competir con zonas también aptas para la producción agrícola.
Ahí es donde entra en juego la agrovoltaica.
La agrovoltaica mejora el uso de la tierra
Como sugiere el término, la agrivoltaica es un sistema dual de uso de la tierra que combina la agricultura en forma de producción agrícola y ganadera con paneles de energía solar.
«A medida que la población de Texas siga creciendo, veremos limitaciones en la cantidad de tierra disponible para la producción de alimentos y otros productos agrícolas», dijo Nuria Gómez-Casanovas, Ph.D., profesora asistente en ecología de sistemas regenerativos en el Departamento de Gestión de Pastizales, Vida Silvestre y Pesca de la Facultad de Agricultura y Ciencias Biológicas de Texas A&M.
Gómez-Casanovas dijo que la creciente pérdida de tierras agrícolas, junto con los crecientes requisitos energéticos , ha dado lugar a un creciente interés en el potencial de los sistemas agrivoltaicos.
«La agrovoltaica combina paneles solares tradicionales con producción agrícola entre ellos para que podamos generar energía renovable y al mismo tiempo producir alimentos», dijo Gómez-Casanovas, con sede en el Centro de Investigación y Extensión AgriLife de Texas A&M en Vernon. «Imagínese las actividades agrícolas típicas con una granja solar».
El enfoque innovador y sus incógnitas impulsan la investigación
A pesar de la promesa que la agrovoltaica tiene para la agricultura y la producción de energía, la implementación del sistema es relativamente nueva, y Gómez-Casanovas dijo que muchas preguntas siguen sin respuesta.
Para establecer una base de conocimiento existente y guiar las futuras prioridades de investigación, Gómez-Casanovas y un equipo de investigadores de todo el país colaboraron en un artículo reciente publicado en Cell Reports Physical Science . La publicación , «Conocimientos, incertidumbres y desafíos en la agrivoltaica para intensificar de manera sostenible la producción de energía y alimentos», es un análisis exhaustivo de la literatura científica existente para evaluar el potencial de la agrivoltaica para mejorar los sistemas sostenibles de producción de alimentos y energía.
«Revisamos la literatura científica existente para evaluar cómo la energía agrivoltaica puede proporcionar beneficios sinérgicos en el nexo entre alimentos, energía y agua en comparación con los paneles de energía solar o los sistemas agrícolas solos», dijo Gómez-Casanovas. «Una de las conclusiones de nuestro análisis es la mejora de la productividad de la tierra mediante la implementación de energía agrivoltaica».
Hacer que la tierra sea más productiva
La idea es hacer que cada acre sea más rentable para los propietarios y las operaciones agrícolas, dijo Gómez-Casanovas. La agrovoltaica representa una corriente de ingresos dual proveniente de la producción de alimentos y energía.
Utilizando una fórmula conocida como índice de equivalencia de tierra, los investigadores descubrieron que plantar cultivos agrícolas bajo paneles solares puede mejorar la productividad de la tierra hasta en un 60% en comparación con los monocultivos de cultivos o los paneles solares en la misma superficie de tierra.
Además, la vegetación plantada bajo estos paneles solares puede compensar varios resultados indeseables asociados con la implementación generalizada de paneles solares.
«En un sistema fotovoltaico, la vegetación a menudo se elimina o se mantiene baja debajo de los paneles solares, lo que puede provocar una pérdida de biodiversidad asociada con la conversión y el desmonte del terreno, así como un aumento de las temperaturas locales debido a lo que se conoce como el efecto isla de calor fotovoltaico. «, dijo Gómez-Casanovas.
De manera similar al efecto isla de calor urbano, este aumento de la temperatura local es el resultado de la pérdida de cobertura terrestre natural y de la abundancia de materiales artificiales que absorben y retienen el calor.
Eficiencia hídrica y reducción del calor para la producción agrícola
Si bien la mayoría de los paneles solares de Texas están ubicados en las vastas y áridas regiones del oeste de Texas, donde la producción de cultivos puede ser un desafío, Gómez-Casanovas dijo que los sistemas agrivoltaicos podrían impulsar la producción de energía solar y la resiliencia agrícola en las regiones semiáridas del estado.
«Debido a que los paneles solares brindan sombra a las plantas, les llega menos radiación solar, lo que resulta en una reducción de la evaporación del agua del suelo y de la transpiración de las plantas «, dijo Gómez-Casanovas. «Esto es muy beneficioso para la salud de las plantas durante veranos intensos y periodos de sequía».
Esta reducción en la pérdida de agua de las plantas se traduce en última instancia en ahorros de agua en el riego, un factor importante para la producción agrícola y la conservación de recursos a medida que Texas enfrenta crecientes demandas de agua en medio de una creciente escasez.
«Aunque se podría esperar que la sombra reduzca la productividad de las plantas, y lo hace en ciertos entornos agrícolas, cada vez hay más evidencia de que la energía agrivoltaica tiene el potencial de mejorar los rendimientos de cultivos y forrajes en comparación con los sistemas agrícolas tradicionales por sí solos», dijo Gómez-Casanovas.
Por ejemplo, un estudio de 2019 encontró un aumento del doble en los rendimientos del tomate y el chile chiltepin cultivados bajo paneles solares en un ambiente semiárido en comparación con un sistema agrícola tradicional.
Sin embargo, señala que las diferentes especies de plantas tienen diferentes necesidades de luz, por lo que se necesita más investigación sobre la configuración de los paneles y la selección de plantas para comprender mejor cómo se pueden mejorar los rendimientos de los cultivos bajo paneles solares.
Además de beneficiar el crecimiento de las plantas, Gómez-Casanovas dijo que la agrovoltaica podría mejorar la producción animal en las tierras de pastoreo, ya que la sombra proporcionada por los paneles solares reduciría el estrés térmico del ganado.
Acumulación de carbono y biodiversidad
El aumento de la productividad de las plantas observado en los sistemas agrivoltaicos optimizados también puede traducirse en un mayor secuestro de carbono a través de la biomasa vegetal aérea y subterránea.
Sin embargo, las investigaciones muestran que el uso anterior de la tierra es un factor clave para predecir el impacto de la agrovoltaica en la acumulación de carbono.
«Por ejemplo, si se hace la transición de un pastizal nativo a un sistema agrivoltaico, hay un impacto perjudicial en el secuestro de carbono», dijo Gómez-Casanovas. «Sin embargo, si se hace la transición de un sistema agrícola con bajo contenido de carbono orgánico en el suelo a un sistema agrivoltaico que promueva la acumulación de carbono, habría un impacto positivo».
Señala que las plantas utilizadas, los distintos tipos de suelo y las prácticas agrícolas implementadas también influyen en el impacto que la agrovoltaica puede tener en el secuestro de carbono.
La gestión estratégica de la vegetación bajo los conjuntos, como la restauración de la vegetación nativa o la plantación de especies amigables con los polinizadores, también puede tener un impacto positivo en la biodiversidad, dijo Gómez-Casanovas.
Factores limitantes para la implementación
Si bien los rendimientos sólidos de los cultivos y la producción de energía suplementaria pueden parecer beneficiosos para todos en la mente de los productores, Gómez-Casanovas dijo que la implementación de un sistema agrivoltaico implica un costo de capital inicial significativo y un horizonte de inversión a largo plazo que integra los riesgos de producción.
«Se espera que la rentabilidad de la energía agrivoltaica desempeñe un papel importante en la decisión de los agricultores de adoptar el sistema», afirmó Gómez-Casanovas. «Desde la perspectiva del productor, hay muchas preguntas que necesitan respuesta».
Entre estas cuestiones se encuentran la infraestructura a gran escala necesaria para el almacenamiento y la transmisión de energía, así como el precio de la energía, la selección ideal de cultivos, la configuración de los paneles solares y el apoyo a políticas tales como crédito fiscal a la inversión y crédito fiscal a la producción para hacer que la agrovoltaica sea lo más competitiva posible, entre otras. otros.
«En este punto, tenemos más preguntas que respuestas, lo cual es emocionante porque estas preguntas guiarán nuestra futura investigación interdisciplinaria», dijo Gómez-Casanovas.
Más información: Nuria Gomez-Casanovas et al, Conocimientos, incertidumbres y desafíos en la agrivoltaica para intensificar de forma sostenible la producción de energía y alimentos, Cell Reports Physical Science (2023). DOI: 10.1016/j.xcrp.2023.101518
