Todos los sistemas de cultivo agrovoltaico de un vistazo

Un equipo de investigación internacional ha llevado a cabo una revisión exhaustiva del estado actual de los sistemas de cultivo agrovoltaicos.

«Nuestro trabajo destaca los retos y obstáculos desde cuatro perspectivas críticas que son esenciales para avanzar en este campo: el diseño del sistema, el rendimiento, la implementación y la investigación», explicó el autor correspondiente, Pietro Elia Campana, a pv magazine. «Además de esbozar estos retos, recomendamos direcciones específicas para la investigación con el fin de abordar las limitaciones actuales de los sistemas agrovoltaicos».

«Hemos cartografiado y clasificado el potencial de los sistemas agrovoltaicos en tierras agrícolas de todo el mundo», añadió el coautor Michele Croci. «Para las zonas clasificadas como «Excelentes», estimamos una producción anual de entre 66 PWh y 385 PWh aproximadamente». También señaló que este potencial depende del tipo de tecnología fotovoltaica y de la densidad de instalación. Además, si se tiene en cuenta la proximidad a la infraestructura de la red eléctrica existente, el potencial de despliegue a corto plazo se estima entre 10 PWh y 59 PWh anuales. África, la región de Asia-Pacífico y América Central y del Sur ofrecen el mayor potencial para estos sistemas.

En el estudio «Scientific frontiers of agrivoltaic cropping systems» (Fronteras científicas de los sistemas de cultivo agrovoltaicos), publicado en Nature Reviews Clean Technology, los investigadores explicaron que, desde el punto de vista del diseño de sistemas, la integración de estructuras de soporte y módulos fotovoltaicos en las prácticas agrícolas tradicionales plantea varios retos. Entre ellos se incluyen las posibles pérdidas de rendimiento de los cultivos, las dificultades operativas, los riesgos de daños a los módulos fotovoltaicos y a la maquinaria agrícola, y la inevitable pérdida de terreno necesaria para las estructuras de soporte. Para abordar estas cuestiones se necesitarán diseños innovadores, módulos fotovoltaicos y componentes adaptados a los sistemas agrovoltaicos, así como la identificación de especies y variedades de cultivos que prosperen en diferentes condiciones de sombreado y climas.

«Estos esfuerzos tienen por objeto aumentar la potencia máxima instalada por hectárea, lo que contribuirá a reducir la brecha entre los sistemas agrovoltaicos y los sistemas fotovoltaicos convencionales montados en el suelo», afirmó el investigador Stefano Amducci. «En última instancia, este enfoque busca minimizar los efectos adversos del sombreado en los cultivos y maximizar la eficiencia en el uso del suelo».

Desde el punto de vista del rendimiento de los cultivos, el equipo destacó que los módulos fotovoltaicos influyen en la luz, el microclima y las condiciones del suelo, lo que a su vez afecta a las respuestas fisiológicas específicas de los cultivos y a los resultados de rendimiento. Estos efectos pueden mejorar o reducir la productividad, dependiendo de factores como los niveles de sombreado, las variedades de cultivos y las condiciones climáticas locales.

«Algunos metaanálisis publicados han intentado establecer relaciones simples entre las tasas de sombreado y el rendimiento de los cultivos en diversas categorías de cultivos, pero tienen varias limitaciones», señaló Campana. «A menudo no tienen en cuenta factores clave como la disponibilidad de agua y se basan en datos limitados. La mayoría de los estudios agrovoltaicos se han realizado en regiones donde el estrés hídrico no afecta significativamente a los cultivos. Se han realizado relativamente pocos estudios en zonas semiáridas o propensas a la sequía, donde los sistemas agrovoltaicos pueden superar al cultivo en campo abierto».

Desde el punto de vista del rendimiento fotovoltaico, los investigadores descubrieron que los sistemas agrovoltaicos tienen unos costes de inversión específicos más elevados que los sistemas fotovoltaicos convencionales montados en el suelo, con aumentos de costes que suelen oscilar entre el 20 % y el 90 %. Esto se debe principalmente a las estructuras de montaje más complejas y reforzadas que se necesitan para adaptarse a las actividades agrícolas.

«Los componentes estructurales añadidos necesarios para mantener la compatibilidad de las plantas agrovoltaicas con las operaciones agrícolas también aumentan el impacto medioambiental de los sistemas agrovoltaicos en aproximadamente un 20 % en comparación con los sistemas fotovoltaicos convencionales montados en el suelo», afirmó el coautor Alessandro Agostini. «Además, cuando los diseños agrovoltaicos limitan la productividad agrícola debido al sombreado o la reducción del área utilizable, pueden provocar el desplazamiento de tierras y la ocupación adicional de terrenos más allá del propio emplazamiento y, en determinadas condiciones, los sistemas agrovoltaicos pueden producir menos energía específica que los sistemas fotovoltaicos convencionales debido a las mayores tasas de ensuciamiento asociadas a las actividades agrícolas».

El equipo también destacó las ventajas de la ubicación conjunta de sistemas fotovoltaicos y cultivos, señalando que la selección de cultivos basada en el albedo puede influir en la reflexión de la irradiación y en el rendimiento energético fotovoltaico. «El microclima creado por los módulos fotovoltaicos y los cultivos puede mejorar la eficiencia fotovoltaica al reducir las temperaturas de funcionamiento de los módulos mediante la transpiración de los cultivos», explicó Campana. «Una menor densidad de módulos y configuraciones agrovoltaicas específicas, como las instalaciones verticales, pueden reducir la temperatura de las células solares hasta en 10 °C, lo que aumenta aún más la eficiencia».

«Hemos revisado las directrices, normas, reglamentos y políticas actuales sobre agrovoltaica en todo el mundo», afirmó el investigador Anatoli Chatzipanagi. «Nuestro análisis muestra que es fundamental predecir con precisión el rendimiento del sistema antes de su instalación, especialmente en países con objetivos de rendimiento de cultivos definidos, como Italia, Francia, Alemania y Japón. Esto, a su vez, aumenta la demanda de herramientas avanzadas de modelización y simulación que puedan integrar el diseño del sistema, los componentes, el sombreado, la irradiación del suelo, las variaciones del microclima, el rendimiento de los cultivos y la producción de energía para lograr la optimización global del diseño del sistema».

«Los avances en modelización, simulación y optimización deben complementarse con trabajo de campo», añadió el coautor Jordan Macknick. «En nuestro artículo, identificamos al menos cinco limitaciones en los estudios de campo actuales, entre ellas las instalaciones a pequeña escala con diseños fotovoltaicos no estándar, la falta de bases de datos exhaustivas, la insuficiencia de protocolos estandarizados o indicadores de rendimiento y la corta duración de los experimentos».

Por último, los investigadores subrayaron que el análisis de los aspectos técnico-económicos, medioambientales y sociales de la agrovoltaica, así como de los impactos en el paisaje y las zonas de implantación adecuadas, es fundamental para orientar el desarrollo de políticas.

El equipo de investigación estaba formado por académicos de la Universidad de Mälardalen en Suecia, el Laboratorio Nacional de Energía Renovable de Estados Unidos (NREL), la Universidad Católica del Sagrado Corazón de Italia, la Universidad Rey Fahd de Petróleo y Minerales de Arabia Saudí, el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar ISE de Alemania, la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, el Centro Común de Investigación de la UE y la Agencia Nacional Italiana para las Nuevas Tecnologías (ENEA), entre otros.

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