Investigadores de Cerea, un laboratorio conjunto del gigante energético francés EDF y la École nationale des ponts et chaussées (ENPC), y el Laboratorio de Meteorología Dinámica (LDM), han investigado cómo los paneles solares influyen en el flujo de aire en instalaciones agrovoltaicas, y han descubierto que la altura del panel es un factor clave para determinar el impacto tanto en el rendimiento agrícola como en la producción energética.
«Hemos demostrado que la modificación del flujo de aire puede afectar a los cultivos si los paneles son bajos, especialmente cuando la altura del eje de seguimiento es inferior a 3 metros», declaró a pv magazine el autor correspondiente de la investigación, Joseph Vernier. Todos los paneles modifican el flujo de aire, pero solo los paneles de baja altura afectarán al cultivo subyacente mediante la modificación del flujo de aire. Además, si los sensores no se colocan en ubicaciones representativas de la central eléctrica, la aplicación de fórmulas basadas en la literatura, desarrolladas originalmente para condiciones de campo abierto, generará resultados inexactos.
Vernier también explicó que cuando la altura del eje de seguimiento supera los tres metros, los paneles no afectan significativamente a los cultivos subyacentes mediante el flujo de aire. Sin embargo, por debajo de este umbral, los cambios en el flujo de aire pueden ser tan importantes como la reducción de la radiación solar, lo que influye considerablemente en el intercambio de energía, agua y gases, y por lo tanto en la fotosíntesis. «Los desarrolladores deberían considerar la modificación del flujo de aire al trabajar con paneles fotovoltaicos de baja altura», continuó. «La modificación del flujo de aire sin duda tiene un impacto en el rendimiento agrícola, ya que modifica la evapotranspiración, lo cual es clave para evaluar si los sistemas agrovoltaicos pueden mejorarlo».
Además, Venier afirmó que la modificación del flujo de aire también podría tener un impacto en la generación de energía. “Dependiendo de la geometría del sistema agrovoltaico, la convección alrededor de los paneles será diferente y puede provocar variaciones en su temperatura”, afirmó. “Los paneles altos, con una separación de aproximadamente 10 metros entre dos filas consecutivas, pueden reducir la temperatura del panel entre 3 °C y 5 °C en comparación con las centrales eléctricas tradicionales instaladas en el suelo, lo que mejora la generación de energía entre un 1 % y un 2 %”.
Presentado en el artículo “Consequences on energy and water exchanges of airflow modifications in agrivoltaic systems” (Consecuencias en los intercambios de energía y agua de las modificaciones del flujo de aire en sistemas agrovoltaicos), publicado en Energy Nexus, el trabajo de investigación se basó en datos recopilados de tres anemómetros sónicos instalados en una central agrovoltaica de 450 m² y un área de control de 250 m² donde se cultivan cultivos sin paneles fotovoltaicos.
La instalación consta de cuatro filas paralelas de 18 módulos fotovoltaicos bifaciales TOPCon 560, suministrados por el fabricante chino JinkoSolar. Los paneles están montados sobre seguidores con ángulos de inclinación que varían de -60° a 60°. El eje de rotación del seguidor se fijó en 2,5 m y la distancia entre dos ejes de rotación consecutivos es de aproximadamente 5,5 m.
Sensores instalados en la planta agrovoltaica experimental
Imagen: Cerea, Energy Nexus, CC BY 4.0
Las mediciones del flujo de aire, promediadas desde su resolución nativa a intervalos de 10 minutos, se realizaron entre noviembre de 2024 y marzo de 2025 para garantizar el muestreo en condiciones de rugosidad superficial relativamente estables.
El análisis mostró que la humedad del suelo en la planta agrovoltaica se mantuvo por encima de la capacidad de campo hasta la primavera. En la zona de control, la humedad descendió rápidamente durante la primavera sin limitar la evapotranspiración, pero para mayo, los descensos se ralentizaron a pesar del aumento de la radiación, lo que indica estrés hídrico. En la sección agrovoltaica, la humedad entre hileras siguió la tendencia de control, pero fue ligeramente superior, mientras que debajo de los paneles fotovoltaicos, las variaciones fueron menores debido al sombreado.
La escorrentía pluvial provocó aumentos pronunciados en la humedad entre hileras, creando una heterogeneidad de dos escalas entre las áreas entre hileras y debajo de los paneles. Los paneles fotovoltaicos también afectaron el flujo de aire, reduciendo generalmente la velocidad del viento, la velocidad de fricción y la turbulencia, aunque los efectos variaron según la dirección del viento y la inclinación del panel. En general, los impactos en la humedad del suelo y el flujo de aire estuvieron muy localizados dentro del sistema agrovoltaico.
Las simulaciones de la velocidad del viento y la velocidad de fricción para diferentes ángulos de inclinación de los paneles fotovoltaicos coincidieron estrechamente con las mediciones de campo, capturando las reducciones causadas por los paneles. Los perfiles verticales mostraron que la velocidad del viento alcanzó un pico por encima de los paneles y disminuyó dentro de la estela turbulenta, mientras que la velocidad de fricción presentó dos máximos, lo que destaca patrones complejos de flujo de aire.
Los perfiles horizontales revelaron una fuerte heterogeneidad espacial, con un flujo de aire entre hileras que alcanza hasta el doble de los valores bajo los paneles, influenciado por la inclinación y la ubicación del sensor.
“La evapotranspiración se ve influenciada no solo por la reducción de la radiación solar, sino también por las modificaciones del flujo de aire inducidas por los paneles fotovoltaicos, que pueden provocar variaciones del 30%”, afirmaron los investigadores. “Por lo tanto, este estudio advierte contra la confianza indiscriminada en los métodos estándar de estimación de la evapotranspiración”.
Para validar sus hallazgos, el equipo realizó simulaciones de dinámica de fluidos computacional (DFC) que tuvieron en cuenta las condiciones meteorológicas, la disposición de las plantas, la estacionalidad y la variabilidad espacial. Esto confirmó las tendencias cualitativas al modificar la altura del panel, el ángulo de inclinación o la rugosidad de la superficie, aunque los resultados cuantitativos puedan diferir.
Los investigadores explicaron que la evapotranspiración debe evaluarse mediante mediciones directas junto con simulaciones de DFC para capturar los efectos de las condiciones locales. Además, se necesita una formulación de evapotranspiración específica para la agricultura solar fotovoltaica que tenga en cuenta la geometría del panel, el flujo de aire, la radiación y la altura de la planta. “Sin embargo, el principal desafío en el desarrollo de dicha fórmula radica en las dependencias de las variables de flujo, radiación y temperatura del aire en la geometría del APV, la localización espacial y la altura de la planta”, concluyeron.
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