Universidade espanhola cria painéis solares que permitem cultivar sob eles sem prejudicar as culturas.

A sul de Espanha, um novo tipo de painel solar está, discretamente, a mudar as regras sobre quem pode aproveitar o sol.

Em vez de obrigar a escolher entre produção alimentar e energia, investigadores de Jaén afirmam ter encontrado uma forma de repartir a luz solar. Os seus painéis protótipo geram quantidades relevantes de eletricidade, ao mesmo tempo que deixam passar luz suficiente para manter vegetais e árvores de fruto vivos e produtivos.

Como as centrais solares começaram a colidir com o terreno agrícola

A transição energética da Europa depara-se com uma realidade simples e teimosa: o solo é limitado. A União Europeia quer obter pelo menos 30% da sua energia a partir de renováveis até 2030 e alcançar a neutralidade climática em 2050. A energia solar de grande escala tem um papel central nesse plano, impulsionada por módulos mais baratos e por uma vaga de fabrico vindo da China.

Mas, à medida que os projetos crescem, também aumentam os conflitos no terreno. Os promotores procuram campos planos e soalheiros. Os agricultores olham para os mesmos campos e veem o seu sustento. As comunidades locais reagem quando os painéis solares substituem pomares ou pastagens. Em algumas regiões, a disputa entre energia solar e alimentos tornou-se tema de primeira página.

É uma das razões pelas quais a agrivoltaica tem ganho força. Em vez de empurrar a agricultura para segundo plano, os sistemas agrivoltaicos elevam ou espaçam os painéis de modo a que culturas, gado ou colmeias possam partilhar a mesma área. As plantas que toleram sombra podem beneficiar de microclimas mais frescos e de menor evaporação. Ovelhas pastam sob as estruturas e ajudam a controlar a erva, enquanto os apicultores usam os locais solares como zonas de forrageamento.

A agrivoltaica tenta transformar um conflito de uso do solo numa dupla colheita: quilowatt-horas por cima, calorias por baixo.

O verdadeiro desafio técnico surge quando os painéis ficam diretamente por cima das culturas. Os módulos opacos convencionais bloqueiam a maior parte da luz solar, o que pode abrandar o crescimento, deformar plantas ou reduzir as colheitas. Já existem painéis semitransparentes, mas, em geral, sacrificam demasiado desempenho elétrico para satisfazer agricultores e investidores.

A solução de Jaén para os painéis fotovoltaicos semitransparentes

Um grupo de investigação da Universidade de Jaén, no sul de Espanha, propôs um novo desenho, descrito num artigo recente sobre tecnologia agrivoltaica. O sistema chama-se RearCPVbif, abreviatura de “fotovoltaico bifacial com concentrador traseiro”. O nome é pouco elegante, mas a ideia é simples: deixar a luz atravessar para as plantas e, ao mesmo tempo, recuperar em silêncio parte da radiação que, de outra forma, se perderia.

O que distingue o RearCPVbif

• Utiliza células solares bifaciais, capazes de produzir energia tanto pela face frontal como pela traseira.
• Integra concentradores óticos na parte posterior, que redirecionam a luz refletida e difusa para a face traseira das células.
• Mantém uma elevada transparência ótica, para que continue a chegar luz suficiente às culturas por baixo.

A maioria dos painéis fotovoltaicos semitransparentes, muitas vezes designados por STFV, limita-se a espaçar o material ativo ou a usar camadas mais finas. Isso deixa passar mais luz, mas reduz a produção elétrica. O sistema de Jaén tenta outro equilíbrio: preserva a transparência e extrai eletricidade adicional da luz que ricocheteia atrás do painel.

Os investigadores indicam um fator de transparência de cerca de 60%, um valor geralmente considerado aceitável para muitas culturas hortícolas.

Esse valor de 60% é importante. Estudos de agronomia sugerem que muitos vegetais começam a ter dificuldades quando a transmissão média de luz desce muito abaixo desse limiar. Acima dele, algumas espécies conseguem manter uma fotossíntese próxima do normal, sobretudo quando a temperatura e a humidade são bem geridas.

Dois indicadores de luz essenciais para culturas e energia

Para avaliar se um painel solar pode ficar com segurança por cima de culturas, engenheiros e agrónomos já não olham apenas para a potência de pico indicada na placa.

• Transmitância média no visível (AVT): fração da luz visível que atravessa o painel.
• Transmitância média fotossintética (APT): fração da luz, nas gamas de comprimento de onda que as plantas usam na fotossíntese, que chega às folhas.

A equipa de Jaén trabalhou com ambos os indicadores. Para as culturas, a APT tem mais relevância do que a energia solar total. As plantas interessam-se sobretudo pela chamada radiação fotossinteticamente ativa (PAR), aproximadamente entre 400 e 700 nanómetros de comprimento de onda. Se um painel bloquear demasiado essa faixa, as colheitas diminuem, mesmo que muita radiação infravermelha ou ultravioleta atravesse o sistema.

Estudos anteriores em estufas e redes de sombreamento situam o limiar inferior para um crescimento confortável das culturas em cerca de 60% de transmissão na gama PAR, consoante a espécie. O sistema RearCPVbif foi concebido tendo esse valor como referência.

Parâmetro	FV opaco convencional	FV semitransparente típico	Conceito RearCPVbif
Luz que chega às culturas	Baixa (frequentemente <20%)	Média (40–70%)	Cerca de 60% pretendidos
Produção elétrica por área	Elevada	Média a baixa	Média, reforçada por concentradores traseiros
Adequação às culturas	Limitada	Seletiva	Pensado para uma ampla gama de horticultura

Onde está hoje a energia solar “transparente”

A indústria fotovoltaica em geral tem procurado a transparência por dois caminhos.

• Painéis semitransparentes não seletivos, que afinam as camadas absorventes ou criam microespaços no material ativo. Estes módulos deixam passar mais luz em todo o espectro, mas costumam sofrer uma forte quebra na eficiência elétrica.
• Painéis seletivos em comprimento de onda, que procuram absorver sobretudo radiação ultravioleta e infravermelha próxima, deixando passar a luz visível. As plantas recebem grande parte do que necessitam, enquanto o painel aproveita as porções do espectro que o olho humano não utiliza.

O desenho de Jaén aproxima-se do segundo grupo, mas acrescenta um detalhe extra com os seus concentradores óticos traseiros. Esses elementos tentam captar os raios dispersos que atravessam o painel na primeira passagem, refletem no solo ou nas culturas e depois atingem a parte traseira do módulo. As células bifaciais conseguem converter essa luz refletida em eletricidade adicional.

Em vez de disputar cada fotão apenas na superfície frontal, o sistema aproveita a segunda oportunidade de luz que a exploração agrícola teria apenas devolvido ao céu.

Esta abordagem combina ainda bem com solos claros ou coberturas vegetais de cor clara, que aumentam a quantidade de luz disponível para a face traseira das células.

Manter as culturas frescas enquanto os painéis trabalham

O calor é outra limitação quando se colocam módulos solares por cima das culturas. Um teto de vidro quente pode aprisionar ar quente e criar um efeito de estufa indesejado. Além disso, temperaturas elevadas dos painéis prejudicam o desempenho elétrico, reduzindo a eficiência das células.

O estudo de Jaén monitorizou o comportamento térmico e verificou que as temperaturas das células se mantiveram abaixo de cerca de 70 °C. Esse nível evita as perdas de desempenho mais severas e reduz o risco de sobreaquecimento da camada de ar imediatamente abaixo dos módulos. Para os agricultores, esse controlo térmico pode ajudar a manter o desenvolvimento das plantas numa trajetória familiar, em vez de as empurrar para situações de stress.

• Painéis mais frescos mantêm a produção mais estável durante vagas de calor no verão.
• Temperaturas do ar mais moderadas reduzem a queda de flores e os danos nos frutos em culturas sensíveis.
• O gado sob os painéis enfrenta uma carga térmica menos extrema do que sob coberturas metálicas nuas.

Além disso, a sombra parcial pode ajudar a conservar a humidade do solo e a suavizar o choque térmico em polinizadores e outros organismos benéficos, o que é particularmente relevante em pomares e em culturas de pequeno fruto. Em explorações onde a água é escassa, esse efeito pode ser tão importante quanto a própria energia produzida.

O que isto pode significar para agricultores e promotores

Se sistemas como o RearCPVbif atingirem maturidade comercial, poderão alterar a forma como os promotores solares olham para o terreno rural em regiões ricas em sol, como a Andaluzia, a Califórnia ou o sul de Itália. Em vez de deslocarem culturas, os promotores poderão negociar arrendamentos de longo prazo em que a exploração agrícola e a instalação solar funcionam em conjunto.

Do ponto de vista do agricultor, uma cobertura semitransparente poderá suavizar alguns riscos climáticos. A sombra parcial pode limitar o stress térmico durante períodos de calor cada vez mais frequentes. Os painéis podem reduzir a velocidade do vento ao nível do solo e diminuir a evaporação. Onde a água é escassa ou cara, isso pode estabilizar as colheitas.

Em vez de pagar renda por campos perdidos, os agricultores poderiam obter dois rendimentos do mesmo hectare: um da colheita e outro da eletricidade.

O desempenho no mundo real dependerá de uma seleção cuidada das culturas e de um desenho adequado do sistema. Hortícolas de folha, pequenos frutos e certas ervas aromáticas podem prosperar sob luz filtrada. Já os cereais e algumas árvores de fruto que gostam de muito sol podem exigir espaçamento maior entre filas ou estruturas de montagem mais altas para evitar perdas de produtividade.

Questões que ainda exigem resposta

Tal como acontece com qualquer conceito promissor em laboratório, continuam a existir vários obstáculos antes de estes painéis agrivoltaicos se tornarem uma presença habitual sobre linhas de tomate ou jovens oliveiras.

• Custo da ótica: os concentradores traseiros e as células bifaciais aumentam a complexidade. Os fabricantes terão de demonstrar que os quilowatt-hora extra compensam o acréscimo na lista de materiais.
• Durabilidade: os componentes óticos terão de resistir a poeiras, humidade, granizo e limpezas sucessivas durante décadas em explorações em funcionamento.
• Acesso para manutenção: os agricultores precisam de espaço para tratores, colhedoras e sistemas de rega, o que condiciona a disposição dos conjuntos.
• Regulamentação: as regras de planeamento e os apoios agrícolas na Europa e noutros locais continuam, em grande parte, a assumir que um terreno ou produz culturas ou acolhe painéis solares, e não ambos.

Como avaliar o potencial agrivoltaico numa exploração real

Para proprietários que ponderem estes sistemas no futuro, já existem alguns controlos básicos que podem orientar a decisão, mesmo antes de esta tecnologia específica estar totalmente comercializada.

• Medir a radiação solar média e a temperatura ao longo da estação de crescimento.
• Identificar quais as culturas da exploração que toleram sombra parcial ou copas mais frescas.
• Modelar diferentes densidades de painéis, procurando pelo menos 60% de transmitância fotossintética onde as colheitas mais importantes exigem maiores rendimentos.
• Simular a poupança de água resultante da redução da evaporação e compará-la com qualquer alteração esperada na produtividade.

Simulações simples mostram que, em locais quentes e com sol intenso, uma pequena diminuição da luz direta pode, por vezes, ser compensada por menos stress térmico e por poupança de água, sobretudo em horticultura de valor elevado. Quando isso se combina com uma fonte estável de receita elétrica, a fotografia financeira de parcelas marginais ou sujeitas a seca muda de forma significativa.

Para os planeadores energéticos, projetos agrivoltaicos como o de Jaén alargam o leque de locais capazes de acolher solar. Os parques de estacionamento e as coberturas de edifícios continuarão a ser importantes. Ainda assim, os conjuntos semitransparentes e bifaciais sobre culturas permitem que a capacidade solar cresça dentro das zonas agrícolas já existentes, em vez de empurrar a agricultura para fora ou para solos menos adequados. Em regiões pressionadas simultaneamente pelas alterações climáticas e pelas metas energéticas, este modelo de sol partilhado pode passar, gradualmente, da fase experimental para uma opção normal na conceção da próxima geração de infraestruturas rurais.