Fotovoltaica tecnología, que se ve comúnmente como los voluminosos paneles solares usados en parques solares, se espera que se convierta en una fuente de energía dominante para 2050. Pero estos paneles a menudo se instalan en tierras que podrían emplearse para cultivar cosechas para alimentar a una población en crecimiento.
Agrivoltaica busca resolver este problema plantando cultivos alrededor o debajo de filas de paneles solares, lo que permite un uso de la tierra más eficiente. En estudios previos, se ha mostrado que los paneles solares ayudan a dar sombra y proteger ciertos cultivos, así como a aumentar la humedad del suelo, lo que sugiere que sistemas cuidadosamente diseñados podrían apoyar tanto la agricultura como la producción de energía limpia.
Sin embargo, la investigación agrivoltaica existente tiende a centrarse en un aspecto de este proceso a la vez —por ejemplo, la disponibilidad de luz o el crecimiento de cultivos— en lugar de abordar las interacciones matizadas entre microclimas, tipo de cultivo, luz y tipo de panel. Hosseini et al. comparten un nuevo modelo que puede simular los microclimas bajo los paneles solares e incluso aborda el estrés por calor que podrían enfrentar los trabajadores en condiciones reales.
El nuevo modelo simula las interacciones entre paneles solares, cultivos, suelo, movimiento del aire y del agua, y la absorción de dióxido de carbono al rastrear cómo la energía, el momento y la masa se desplazan a través del sistema agrivoltaico. Los investigadores utilizaron datos de sitios agrivoltaicos, incluyendo mediciones de temperatura de las hojas tomadas en Davis, Calif., y temperaturas del suelo tomadas en Chicago City, Minn., para evaluar cuán bien los esfuerzos del modelo coincidían con las condiciones del mundo real.
Luego aplicaron el modelo a una granja de tomates agrivoltaica hipotética utilizando datos climáticos de un día cálido y húmedo en Princeton, Nueva Jersey, una ubicación representativa de la región densamente poblada del Atlántico Medio, donde la demanda de alimentos y energía es alta.
En comparación con tomates cultivados en un campo abierto, los tomates cultivados bajo paneles solares presentaron temperaturas de las hojas 1.84°C más frías durante el día en general y hasta 7.56°C más frías durante las horas de mayor calor por la tarde, reduciendo la pérdida de agua por evapotranspiración en un 22.4%. A pesar de que los cultivos simulados recibieron un 47% menos de luz solar, su absorción de carbono disminuyó solo un 31%, lo que sugiere que condiciones más templadas redujeron el estrés por calor y compensaron parcialmente los efectos del aumento de sombra.
Los propios paneles solares también estuvieron 5.6°C más fríos durante el día que los paneles en suelo desnudo, lo que les permitió recuperar alrededor del 15% de la eficiencia que se pierde durante temperaturas más altas. Las temperaturas percibidas promedio para las personas disminuyeron en 4.46°C durante las horas de trabajo, lo que implica importantes beneficios de salud y seguridad ocupacional para los trabajadores agrícolas. Los investigadores sugieren que este modelo puede usarse para examinar los beneficios de las granjas agrivoltaicas, así como otras combinaciones de clima y cultivos.
