Cultivo de plantas, energía y asociaciones a través de la agrovoltaica

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Fuente: https://www.nrel.gov/

La energía solar y la agricultura combinan bien, gracias a la planificación y la cooperación


Fotografía de ovejas con paneles solares de fondo.
Los paneles solares pueden ser un gran hogar para el pastoreo del ganado, con los paneles que ofrecen sombra y refugio a los animales, quienes a su vez mantienen recortada la vegetación debajo de los paneles. Foto de Lexie Hain, Lightsource bp

Es difícil encontrar un rebaño de ovejas acurrucado bajo una serie de paneles solares.

«Las ovejas se levantan tarde. No las oirás cuando entres al sitio para dar un paseo temprano por la mañana. Lo primero que escuchas son insectos: grillos, ranitas. Te sientes vivo», dijo Lexie Hain, una granjera en el región de Finger Lakes de Nueva York y director de agrivoltaics para Lightsource bp. «A la bandada le encanta acostarse debajo de los paneles, por lo que encontrarlos a menudo implica un elemento de sorpresa».

Hain pasta ovejas debajo de instalaciones solares fotovoltaicas (PV). Sus rebaños mantienen recortadas las plantas debajo de las hileras de paneles fotovoltaicos, ahorrando al propietario de la instalación el costo de cortar el césped. Y las ovejas de Hain pueden comer gratis (e incluso pueden recibir un pago por ello).

Este concepto, de utilizar instalaciones fotovoltaicas para crear energía renovable y proporcionar espacio para la agricultura local o los hábitats nativos, se conoce como «agrivoltaica».

Tanto los desarrolladores de energía solar como aquellos en la comunidad local que cuidan la tierra, ya sea como tierras de cultivo, pastizales o hábitats nativos, pueden beneficiarse de los agrovoltaicos. Y cuando todas las partes entienden cómo pueden beneficiarse mutuamente, el desarrollo solar de bajo impacto se vuelve más fácil.

Dejar que la energía solar y la agricultura trabajen la una para la otra

Estos son algunos de los hallazgos más importantes de un proyecto de investigación agrovoltaico en curso llamado Prácticas solares innovadoras integradas con economías y ecosistemas rurales (InSPIRE).

Dirigido por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) y financiado por la Oficina de Tecnologías de Energía Solar del Departamento de Energía de EE. UU., InSPIRE acaba de completar su segunda fase de tres años de investigación sobre las sinergias entre la energía solar y la agricultura.

En su primera fase, InSPIRE intentó cuantificar los beneficios de la agrovoltaica y registrar algunas de las primeras mejores prácticas en el campo emergente. El proyecto adopta un enfoque de carpa grande para la agrovoltaica, dando la bienvenida a cualquier uso dual de la tierra ocupada por energía solar que brinde beneficios ecológicos o agrícolas. Eso podría significar el pastoreo de ganado u ovejas, el cultivo de cultivos, el cultivo de plantas nativas favorables a los polinizadores o la prestación de servicios ecosistémicos y la restauración del suelo degradado.

Debajo de los paneles solares, brotan las semillas de la oportunidad

Lea esta historia de NREL de 2019 sobre la primera ronda de InSPIRE para saber cómo la agrovoltaica podría ser beneficiosa para todos en relación con los alimentos, el agua y la energía renovable.

Para la segunda fase de InSPIRE, NREL y docenas de organizaciones asociadas llevaron a cabo una investigación de campo de agrovoltaicos en todo el país para estudiar qué hace que un proyecto de agrovoltaicos sea exitoso.

«A través de nuestro trabajo, que abarca múltiples regiones, configuraciones y actividades agrícolas, hemos visto tantos resultados iniciales prometedores», dijo Jordan Macknick, analista principal de energía, agua y tierra de NREL e investigador principal del proyecto InSPIRE. «Ahora, nuestro desafío es descubrir cómo ampliar y replicar estos éxitos» .

Fotografía de un hombre con una camisa roja que lleva una bandeja de plántulas, con paneles solares al fondo.

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A través de los diferentes tipos de sitios solares y agrícolas que participaron en la segunda ronda de InSPIRE, surgió una lección clave: las asociaciones son importantes. La agrovoltaica no es necesariamente más costosa que el desarrollo solar tradicional, pero puede ser más compleja.

Un proyecto agrovoltaico exitoso requiere dos o más grupos que a menudo tienen prioridades muy diferentes (el agricultor o el administrador de la tierra y el desarrollador solar) para encontrar una solución que funcione para ambos. La aceptación de la comunidad local también es importante.

«Los proyectos solares comúnmente se construyen en tierras agrícolas, lo que crea el desafío de equilibrar la seguridad alimentaria con el aumento de la producción de energía renovable», dijo Brittany Staie, pasante de investigación del NREL que estudia la descarbonización del sector agrícola. «Agrivoltaics nos brinda la oportunidad de explorar el cultivo de alimentos y al mismo tiempo producir electricidad limpia en el mismo terreno».

Lo que importa: «Las cinco C» de la agrovoltaica

El proyecto InSPIRE encontró cinco elementos centrales que conducen al éxito de la agrovoltaica, resumidos como » las cinco C «:

  • Clima , suelo y condiciones ambientales: las condiciones ambientales de un lugar deben ser apropiadas tanto para la generación solar como para los cultivos o la cobertura del suelo deseados.
  • Configuraciones , tecnologías solares y diseños: la elección de la tecnología solar, el diseño del sitio y otra infraestructura pueden afectar todo, desde la cantidad de luz que llega a los paneles solares hasta si un tractor, si es necesario, puede pasar por debajo de los paneles. «Esta infraestructura estará en el suelo durante los próximos 25 años, por lo que debe hacerlo bien para su uso planificado. Determinará si el proyecto tiene éxito», dijo James McCall, investigador de NREL que trabaja en InSPIRE.
  • Selección de cultivos y métodos de cultivo, diseños de semillas y vegetación y enfoques de gestión: los proyectos agrovoltaicos deben seleccionar cultivos o cubiertas de suelo que prosperarán bajo paneles en su clima local y que sean rentables en los mercados locales.
  • Compatibilidad y flexibilidad: los agrovoltaicos deben diseñarse para adaptarse a las necesidades competitivas de los propietarios de energía solar, los operadores de energía solar y los agricultores o propietarios de tierras para permitir actividades agrícolas eficientes.
  • Colaboración y asociaciones: para que cualquier proyecto tenga éxito, la comunicación y la comprensión entre los grupos son cruciales.

Un informe de NREL publicado recientemente desglosa cada una de

las «cinco C» en detalle, lo que refleja las muchas lecciones aprendidas durante los últimos tres años de investigación de InSPIRE.

Pero, como una importante institución de investigación, NREL no se enfocó solo en lecciones para desarrolladores solares, agricultores y terratenientes. InSPIRE también capturó lecciones para investigadores agrovoltaicos. Así como los desarrolladores de energía solar y los propietarios de terrenos necesitan comunicarse y comprender los objetivos y preocupaciones de los demás, los investigadores de agrovoltaicos también deben coexistir bajo los paneles. El último informe de InSPIRE está lleno de sugerencias sobre cómo hacer que eso suceda.

¿Qué pasa con los impactos locales de la energía solar en la escorrentía de agua?

Un proyecto complementario de InSPIRE, Investigación y pruebas de gestión de aguas pluviales fotovoltaicas (PV-SMaRT) , analiza los impactos que las instalaciones solares pueden tener en la forma en que el agua se acumula y se mueve a través del paisaje. Actualmente, muchas regulaciones locales tratan las instalaciones solares de manera similar a los estacionamientos con respecto a la escorrentía de agua, lo que requiere que los proyectos solares instalen grandes cuencas de drenaje y otra infraestructura para capturar la escorrentía de agua de las tormentas. Sin embargo, el suelo y la vegetación debajo de estos paneles pueden absorber mucha más agua que una superficie pavimentada y pueden desempeñar un papel importante en la reducción de la erosión.

El proyecto PV-SMaRT de NREL está realizando una investigación de campo en cinco sitios en todo el país para medir cómo se produce la escorrentía de agua en las instalaciones solares, incluido cómo las técnicas de construcción y la vegetación pueden afectar la escorrentía de agua. Esta investigación podría ayudar a los gobiernos locales y estatales a establecer nuevas regulaciones que requieran cuencas de drenaje más pequeñas para futuras instalaciones solares, reduciendo el costo de la energía solar.

Construyendo una industria agrovoltaica estadounidense

Desde el principio, InSPIRE ha actuado como un hogar para la comunidad

agrovoltaica estadounidense. Ahora, esa comunidad se está expandiendo. Se espera que las instalaciones fotovoltaicas requieran entre 4 y 10 millones de acres de tierra para 2050 , con tierras de cultivo llanas y soleadas que componen parte de esos acres.

Diagrama con nueve paneles, de tamaño decreciente, que muestra el área de tierra utilizada por diferentes sectores en los Estados Unidos.
El Estudio de Futuros Solares creado por NREL modela un futuro en el que la energía solar suministra el 45% de la electricidad de EE. UU. en 2050, y otras fuentes de carbono cero proporcionan el resto. El área de tierra necesaria para albergar esa energía solar, aunque más pequeña que muchos otros usos de la tierra, es significativa. Este cálculo de la superficie terrestre no tiene en cuenta la ubicación de la energía solar en tejados, masas de agua o configuraciones agrovoltaicas.

«Algo que InSPIRE ha hecho realmente bien es crear una comunidad de personas que piensan de manera diferente sobre el diseño y la gestión de la energía solar fotovoltaica. Universalmente, luego de una conferencia telefónica de InSPIRE al escuchar a científicos y profesionales de la industria compartir sus resultados, hay una enorme energía y optimismo para el desafío. y oportunidades por delante», dijo Rob Davis de Connexus Energy, la cooperativa eléctrica más grande del Medio Oeste. Davis es miembro del grupo asesor comunitario multisectorial de InSPIRE, Agriculture and Solar Together: Research Opportunities (ASTRO), que también publicó recientemente un informe que resume su impacto .

InSPIRE ya representa el esfuerzo de investigación agrovoltaico más grande, de mayor duración y más completo del mundo, y ha apoyado el diseño de sitios agrovoltaicos o la investigación en curso en 28 sitios en 11 estados de EE. UU., Puerto Rico y el Distrito de Columbia. Algunos de estos sitios involucran investigación directa, algunos involucran diseño y consideración de investigación, y algunos involucran consultas continuas y tutoría de socios.

Para su tercera ronda de investigación de 2022 a 2024, InSPIRE se está enfocando en expandir la comunidad de investigación agrovoltaica y crear recursos fundamentales para apoyar a la comunidad a nivel nacional e internacional. Estos esfuerzos incluyen la asociación con AgriSolar Clearinghouse para apoyar a los terratenientes y agricultores interesados ​​en adoptar agrovoltaicos.

«A medida que crece el interés por la investigación en la agrovoltaica, el proyecto InSPIRE está pasando de ser la principal fuente de investigación a habilitar a todos los demás que realizan investigaciones sobre la agrovoltaica», dijo Macknick.

En 2022, InSPIRE comenzó a rastrear todos los proyectos agrovoltaicos en los Estados Unidos . El proyecto también albergará talleres para la comunidad investigadora y desarrollará protocolos de investigación agrovoltaicos y una hoja de ruta para futuras investigaciones. InSPIRE también agregará más sitios de investigación en más lugares, por ejemplo, en tierras tribales en asociación con comunidades indígenas.

NREL lleva la agrovoltaica a casa

En junio de 2022, InSPIRE agregó su sitio de investigación número 29 . Trabajando con otros colegas de investigación solar (y voluntarios del personal) en NREL, el equipo de InSPIRE plantó un jardín de medio acre debajo de un conjunto de paneles solares en el campus principal de NREL en Golden, Colorado. El sitio estudiará cómo plantas como los tomates, los pimientos, la col rizada y las hierbas y flores nativas crecen debajo de los paneles en la árida región de Front Range en Colorado.

Los paneles solares en la parte superior son parte de un experimento NREL diferente , que estudia cómo los cambios en la superficie del suelo pueden reflejar más o menos luz en paneles solares de dos lados (o «bifaciales») que absorben la luz que rebota desde el suelo. En este proyecto de dos por uno, InSPIRE obtiene un nuevo sitio de prueba, mientras que el equipo de rendimiento de campo fotovoltaico de NREL puede recopilar datos sobre cómo los cultivos reflejan la luz en los paneles solares.

«La tecnología bifacial representó al menos la mitad de las instalaciones a gran escala en 2021», dijo Silvana Ovaitt, investigadora de confiabilidad fotovoltaica del NREL. «Emparejar estos paneles con cultivos para estudiar las interacciones entre plantas (creando un microclima y modificando el albedo del suelo) y módulos bifaciales en rastreadores (creando sombra para las plantas a través de su rastreo) es de gran relevancia para la comunidad fotovoltaica que busca maximizar la agricultura. y rendimiento solar».

Pero el nuevo sitio en el campus de NREL significa aún más que eso.

«Estoy emocionado de tener un sitio de agrovoltaicos aquí mismo en nuestro campus local», dijo Macknick. «Podemos involucrar a toda la comunidad NREL y sus capacidades, lo que hará avanzar el estado de la ciencia. Y podremos servir los productos que cultivamos en la comunidad, para que todos puedan probar los frutos de nuestra ciencia».

Para obtener más información, lea el informe de síntesis de InSPIRE y el informe ASTRO .

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