Eles nutrem e dão energia

A agricultura tem grandes áreas abertas e ensolaradas. Por que não combinar a produção de alimentos com a produção de energia (1)? Além disso, a eletricidade gerada pelos painéis solares poderia ser usada localmente, por exemplo, para alimentar bombas de irrigação, e o excedente poderia ser vendido à rede, aumentando a renda do proprietário.

Vale a pena saber que muitas plantas não gostam de luz solar direta forte. Painéis colocados acima deles não interferem e até otimizam a colheita. Em geral, eles podem ser ajustados e alterar o nível de luz de entrada de acordo com padrões programados com extrema precisão. Você também pode pensar nelas como estufas modernas que as usam em vez de painéis de vidro comuns. painéis solares.

Há um ano, a Scientific Reports publicou um estudo da Universidade de Oregon que mostrava que cobrir apenas um por cento da terra arável do mundo com tais instalações deveria ser suficiente para fornecer eletricidade a toda a humanidade.

Em vez de competir por espaço, divida o campo

Em 1981, Adolf Goetzberger e Armin Sastrow foram os primeiros a propor o conceito de duplo uso da terra arável para produção. energia solar e cultivo de culturas para melhorar a produtividade agrícola geral. Esta foi a sua contribuição para o debate em curso sobre a competição por terras aráveis ​​entre a produção de energia solar e as culturas arvenses.

Com base na suposição de que existe um ponto de saturação de luz, e aumentar o número de fótons não leva a melhorias, o pesquisador japonês Akira Nagashima propôs uma combinação prática de sistemas fotovoltaicos e agricultura para usar o excesso de luz. Ele desenvolveu os primeiros protótipos em 2004.

Até 2017, mais de mil sistemas fotovoltaicos foram instalados em terras agrícolas japonesas, coexistindo com a agricultura tradicional. Para obter uma licença para operar painéis solares nas plantações, os agricultores no Japão devem atender ao requisito de manutenção de pelo menos 80% de acordo com a lei local. produção agrícola normal.

Em 2017, foi colocada em operação uma usina de 35 MW no Japão, instalada em 54 hectares de lavouras. O grau de sombreamento desta usina é de 50 por cento, que é mais de 30 por cento. sombreamento comumente usado em usinas agrícolas japonesas. Os agricultores cultivam ginseng, ashitaba e coentro, entre outros. Uma usina de energia solar de 480 MW, incluindo usinas de agroenergia, deve ser construída em Ukujima em breve.

O termo “agrovoltaicos” apareceu em uma das publicações em 2011. Na Ásia, o termo "compartilhamento solar" também é usado às vezes. Seguindo o exemplo do Japão, muitos países deste continente estão realizando projetos semelhantes, incluindo, é claro, China e Índia. Neste último caso, a agroenergia é vista como uma grande oportunidade para aumentar a renda dos pobres rurais. Na Malásia, foram feitas tentativas para instalar painéis solares em plantações de chá e no Vietnã - em fazendas de camarão.

É claro que esse conceito também chegou à Europa. Primeira e maior extensão na França. As estufas fotovoltaicas foram construídas aqui desde o início de 2007. Um exemplo de tecnologia francesa é o projeto Agrinergie, desenvolvido pela Akuo Energy desde XNUMX.

Desde 2009 as empresas francesas INRA, IRSTEA e Sun'R trabalham em um programa desenvolvido para campos chamado Sun'Agri. O primeiro protótipo foi instalado em uma área de 0,1 hectares em Montpellier. Outros protótipos da unidade com painéis móveis de eixo único foram construídos em 2014 e 2017. A primeira usina agroelétrica ao ar livre da Sun'R foi construída na primavera de 2018 em Tresser, nos Pirineus Orientais. A central tem uma capacidade de 2,2 MW a partir de painéis localizados em 4,5 hectares de vinha (2). E esses não são os únicos projetos franceses desse tipo.

2. Cultivo de videiras com painéis solares

Excesso de luz da fotossíntese

Nos Estados Unidos, esses projetos são gerenciados pela SolAgra (3) em colaboração com o Departamento de Agronomia da UC Davis. A primeira usina com área de 0,4 hectares está em desenvolvimento. A área de 2,8 ha é utilizada como objeto de gestão. Vários tipos de culturas estão sendo estudados: alfafa, sorgo, alface, espinafre, beterraba, cenoura, rabanete, batata, rúcula, hortelã, nabo, repolho, salsa, coentro, feijão, ervilha, cebolinha, mostarda. Experimentos agroelétricos também estão sendo conduzidos em várias universidades americanas.

3. Instalações fotovoltaicas junto às lavouras SolAgra

De acordo com um estudo financiado pela National Science Foundation liderado por engenheiros, pesquisadores de biologia vegetal e pesquisadores de física da North Carolina State University, muitas estufas podem se tornar neutras em energia usando painéis solares transparentes para gerar energia (4). Estamos falando sobre o uso de energia de comprimentos de onda de luz que as plantas não usam para a fotossíntese. Os resultados do estudo foram publicados em fevereiro deste ano na revista Joule.

4. Estufa agroelétrica

"As plantas usam apenas alguns deles para a fotossíntese comprimentos de onda da luz. A ideia é criar estufas que gerem energia a partir dessa luz não utilizada, deixando entrar a maior parte da luz fotossintética”, explica Brendan O'Connor, um dos autores do estudo. “Podemos conseguir isso com células solares orgânicas porque elas nos permitem ajustar o espectro de luz absorvido pela célula solar. No entanto, até agora não estava claro quanta energia uma estufa poderia obter se usasse essas células solares orgânicas translúcidas e seletivas”.

Para responder a essa pergunta, os pesquisadores usaram um modelo computacional. “A maior parte da energia usada nas estufas está relacionada ao aquecimento e resfriamento, então nosso modelo se concentrou no cálculo da carga de energia necessária para manter a faixa de temperatura ideal para o cultivo de tomates”, diz O'Connor. "O modelo também calculou a quantidade de energia que a estufa produziria se os painéis solares fossem colocados em seu telhado."

Para plantas que adoram sombra

Três tipos principais de agrovoltaicos estão sendo pesquisados ​​atualmente: painéis solares no espaço entre as plantações, painéis solares planos acima das plantações e sistema solar com efeito de estufa. O principal parâmetro levado em consideração para sistemas agrovoltaicos é o ângulo de inclinação dos painéis solares. Outras variáveis ​​que são consideradas na instalação de um sistema agroelétrico são o tipo de cultivo, a altura dos painéis, a radiação solar da área e o clima da área.

Wen Liu, da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hefei, na China, propôs uma nova ideia para agrovoltaicos em 2015, usando painéis de vidro curvo revestidos com um filme de polímero para transmitir seletivamente os comprimentos de onda da luz solar necessários para a fotossíntese das plantas (luz azul e vermelha). . Todos os outros comprimentos de onda são refletidos e concentrados em concentração painéis solares para geração de energia.

A modelagem e a pesquisa em agrovoltaica mostram que a produção de eletricidade a partir das lavouras não reduz a produtividade agrícola. Claro, isso funciona melhor para plantas que são tolerantes à sombra ou até preferem menos luz solar.

Em um estudo recente no Arizona, os cientistas compararam plantas cultivadas sob painéis solares com plantas cultivadas sob luz solar direta. Eles observaram em particular que a produção geral de pimentas chiltepin foi três vezes maior em parcelas sob painéis solares, e os rendimentos de tomate cereja dobraram sob painéis solares. Algumas plantas em sistemas agroelétricos exigiam muito menos água, em parte porque o solo sombreado retinha mais umidade.

Um projeto de pesquisa em South Deerfield, Massachusetts, forneceu perspectivas semelhantes. Testes mostraram que o cultivo de brócolis e vegetais semelhantes produz 60% mais peso da planta do que as plantas em pleno sol.

Então, talvez o campo para o desenvolvimento de grandes fazendas solares não seja o Saara e outros desertos, como muitas vezes se prevê, mas campos conhecidos até agora apenas como alimentos?