Fotovoltaica para invernaderos hidropónicos

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Un grupo de investigación de la Universidad de Teherán de Irán ha realizado un estudio de viabilidad para el uso de sistemas fotovoltaicos en invernaderos hidropónicos comerciales de todo el país.

Su trabajo consistió en calcular el aporte energético total de un invernadero de fresas en un caso de estudio que actualmente funciona con gas natural y electricidad, y luego simular la superficie requerida por un sistema fotovoltaico para sustituir completamente la electricidad de la red.

“Este estudio pretende evaluar los aspectos energéticos y medioambientales, así como la viabilidad de emplear células fotovoltaicas para satisfacer las necesidades energéticas de un invernadero hidropónico comercial en la provincia de Alborz”, explican los científicos. “Se recopilaron datos de un invernadero hidropónico de fresas de 3.000 m2 mediante visitas in situ, encuestas y mediciones”.

Alborz está situado en el norte de Irán y tiene una temperatura media anual de 14,1 ºC y una precipitación anual de 252 mm. Según datos oficiales de 2000 a 2021, la radiación media total diaria es de unos 10,9 MJ m2, alcanzando un máximo de unos 29 MJ m2 en junio y un mínimo de unos 9 MJ m2 en diciembre.

En su cálculo del aporte energético, los investigadores incluyeron parámetros como el trabajo humano, el equipo y los fertilizantes, junto con el uso de gas natural y electricidad. A partir de ahí, comprobaron que, a lo largo del año, el aporte energético total fue de 228.000 MJ por hectárea.

“Los resultados indicaron que el mayor consumo de energía de entrada corresponde al gas natural, que representa el 68% del total de energía de entrada. El porcentaje de energía eléctrica se situó en torno al 20% de la energía consumida”, señalaron. “El consumo total de electricidad en el invernadero estudiado es de 44.250 kWh (159.300 MJ)”.

Para su análisis, los académicos trataron de sustituir únicamente la electricidad procedente de la red, utilizada principalmente para el bombeo de agua y la iluminación. En su software de simulación, diseñaron un sistema fotovoltaico orientado al sur e instalado en el tejado del invernadero, con paneles instalados con una inclinación de 35 grados. Se supuso que el coeficiente de reflectividad de la tierra era de 0,3.

“El sistema fotovoltaico se consideró conectado a la red, que tiene una eficiencia máxima del panel igual al 18% y la eficiencia del inversor y los cables de distribución es del 96%”, explicó además el grupo.

“Los resultados mostraron que se pueden recibir 7.736 MJ de energía solar al año por metro cuadrado de superficie de panel. Por lo tanto, se necesitan aproximadamente 120 m2 de superficie de paneles para generar esta cantidad de electricidad. Esta superficie de paneles representa aproximadamente el 4% de la superficie del tejado del invernadero y puede suministrar electricidad solar renovable al invernadero sin reducir significativamente el nivel de iluminación de las plantas del interior”, concluyeron.

Calculando el impacto de sustituir la electricidad conectada a la red por energía fotovoltaica producida localmente, el grupo también descubrió que reducía los efectos medioambientales adversos de las fuentes de energía no renovables. El índice de daños a la salud humana disminuyó un 7% y el de daños al ecosistema, un 15%.

Sus conclusiones se presentaron en “Feasibility study of using photovoltaic cells for a commercial hydroponic greenhouse: Energy analysis and life cycle assessment” (Estudio de viabilidad del uso de células fotovoltaicas para un invernadero hidropónico comercial: análisis energético y evaluación del ciclo de vida), publicado en e-Prime – Advances in Electrical Engineering, Electronics and Energy.

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