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.
por Stacy Pigott, Universidad de Arizona
Agrivoltaics, la ubicación conjunta de la agricultura y los paneles solares fotovoltaicos, ofrece una posible solución, con una nueva investigación dirigida por la Universidad de Arizona que informa impactos positivos en la producción de alimentos, el ahorro de agua y la eficiencia de la producción de electricidad.
La agrivoltaica, también conocida como energía solar compartida, es una idea que ha estado ganando terreno 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 enfocado en áreas de tierras secas, regiones que experimentan desafíos en la producción de alimentos y escasez de agua, pero que 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», dijo. Greg Barron-Gafford, profesor asociado en la Escuela de Geografía y Desarrollo y autor principal del artículo publicado hoy en Nature Sustainability .
Un reciente estudio de alto perfil en Nature descubrió que las tierras de cultivo actuales son las «cubiertas terrestres con el mayor potencial de energía solar fotovoltaica» en base a un análisis exhaustivo de la luz solar entrante, la temperatura del aire y la humedad relativa.
«Entonces, ¿qué uso de la tierra prefiere: ¿producción de alimentos o energía? ¡Este desafío se produce justo en la intersección de las conexiones humano-ambientales, y ahí es donde brillan los geógrafos!» dijo Barron-Gafford, quien también es investigador de Biosphere 2. «Comenzamos a preguntar: ‘¿Por qué no producen ambos 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 «.
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 de pregrado 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 plantación tradicional como el sistema agrivoltaico recibieron tasas de riego iguales y se probaron usando dos escenarios de riego: riego diario y riego cada dos días.
Descubrieron que el sistema agrivoltaico impactaba 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 proporcionada por los paneles fotovoltaicos resultó en 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», dijo Baron-Gafford. «De hecho, la producción total de fruta chiltepina 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 mantener los niveles de producción de alimentos», dijo Barron-Gafford. agregado, señalando que la humedad del suelo permaneció aproximadamente un 15% más alta en el sistema agrivoltaico que en la parcela de control cuando se riega cada dos días.
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. Al cultivar cultivos debajo de los paneles fotovoltaicos, los investigadores pudieron 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», dijo 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».
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 de la UA, 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», dijo 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», dijo Gary Nabhan, un agroecólogo en el Centro Sudoeste de la UA y coautor del artículo. «El suroeste de los EE. UU. Ve muchos golpes de calor y muertes relacionadas con el calor entre nuestros trabajadores agrícolas; esto también podría tener un impacto directo allí».
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.
«Esta es la mejor innovación de la UA: un equipo interdisciplinario de investigadores que trabaja para abordar algunos de nuestros dilemas ambientales más desafiantes», dijo la coautora Andrea Gerlak, profesora de la Facultad de Geografía y Desarrollo de la Facultad de Ciencias Sociales y del Comportamiento. . «Imagine el impacto que podemos tener en nuestra comunidad, y en el mundo en general, al pensar más creativamente en la agricultura y la producción de energía renovable juntos».
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