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

No sul de Espanha, uma nova geração de painéis solares está a mudar, de forma discreta, a conversa sobre quem “manda” na luz do sol.

Em vez de obrigar a escolher entre produzir alimentos ou produzir energia, investigadores de Jaén defendem que é possível repartir o mesmo sol. Os painéis protótipo geram eletricidade em quantidades relevantes e, ao mesmo tempo, deixam passar luz suficiente para manter hortícolas e árvores de fruto vivas e produtivas.

How solar farms started to collide with farmland

A transição energética europeia esbarra num facto simples e teimoso: o solo não é infinito. A União Europeia quer pelo menos 30% da energia de fontes renováveis até 2030 e neutralidade climática até 2050. A solar em grande escala é uma peça central desse plano, impulsionada por módulos mais baratos e por uma avalanche de fabrico vindo da China.

Mas à medida que os projectos aumentam, crescem também os conflitos no terreno. Os promotores procuram parcelas planas e muito soalheiras. Os agricultores olham para as mesmas terras e vêem o seu sustento. E as comunidades locais reagem quando um parque solar substitui pomares ou pastagens. Em algumas regiões, o “solar versus comida” já virou tema de manchete.

É precisamente dessa tensão que nasce o interesse pelas agrovoltaicas. Em vez de afastar a agricultura, os sistemas agrovoltaicos elevam ou espaçam os painéis para que culturas, gado ou colmeias partilhem o mesmo hectare. Plantas tolerantes à sombra podem beneficiar de microclimas mais frescos e de menor evaporação. Ovelhas pastam sob as estruturas e controlam a vegetação, enquanto apicultores usam estes locais como zonas de forrageamento.

Agrivoltaics tries to turn a land‑use conflict into a double harvest: kilowatt‑hours from above, calories from below.

O desafio técnico mais duro aparece quando os painéis ficam directamente por cima das culturas. Os módulos convencionais, opacos, bloqueiam grande parte da luz, o que pode atrasar o crescimento, deformar plantas ou reduzir a produção. Existem painéis semi‑transparentes, mas muitas vezes sacrificam demasiado a potência eléctrica para convencer agricultores e investidores.

The Jaén team’s twist on semi‑transparent solar

Um grupo de investigação da Universidade de Jaén, no sul de Espanha, propôs um novo desenho, descrito num artigo recente sobre tecnologia agrovoltaica. Chamam-lhe RearCPVbif, abreviatura de “Rear Concentrator Photovoltaic bifacial”. O nome é pouco elegante, mas a ideia é simples: deixar passar luz para as plantas e, ao mesmo tempo, recuperar uma parte da radiação que normalmente se perderia.

What makes RearCPVbif different

• It uses bifacial solar cells that can generate power from both the front and rear sides.
• It integrates optical concentrators on the rear, which redirect reflected and scattered light onto the backside of the cells.
• It maintains high optical transparency so that enough light still reaches the crops below.

A maioria das soluções de fotovoltaico semi‑transparente (muitas vezes chamadas STPV) limita-se a espaçar o material activo ou a usar camadas mais finas. Isso aumenta a passagem de luz, mas baixa a produção eléctrica. A proposta de Jaén tenta outro equilíbrio: manter a transparência e extrair mais electricidade da luz que circula e reflecte por trás do painel.

The researchers report a transparency factor around 60%, a level usually seen as acceptable for many horticultural crops.

Este valor de 60% é importante. Estudos de agronomia sugerem que muitas hortícolas começam a ter dificuldades quando a transmissão média de luz cai muito abaixo desse patamar. Acima dele, várias espécies conseguem manter uma fotossíntese próxima do normal, sobretudo quando temperatura e humidade são bem geridas.

Two key light metrics for crops and power

Para perceber se um painel pode ficar sobre culturas sem causar prejuízo, engenheiros e agrónomos passaram a olhar para dois números - e não apenas para a potência de pico (Wp) indicada na ficha técnica.

• Average visible transmittance (AVT): the fraction of visible light that passes through the panel.
• Average photosynthetic transmittance (APT): the fraction of light in the wavelengths plants actually use for photosynthesis that reaches the leaves.

A equipa de Jaén trabalhou com ambos os indicadores. Para as plantas, a APT costuma ser mais relevante do que a energia solar total. As culturas dependem sobretudo da chamada radiação fotossinteticamente activa (PAR), aproximadamente entre 400 e 700 nanómetros. Se um painel bloquear demasiado essa banda, a produtividade cai mesmo que deixe passar bastante infravermelho ou ultravioleta.

Trabalhos anteriores sobre estufas e redes de sombreamento apontam um limite inferior, para crescimento confortável, perto dos 60% de transmissão na faixa PAR, variando com a espécie. O sistema RearCPVbif foi desenhado a partir desse referencial.

Parameter	Conventional opaque PV	Typical semi‑transparent PV	RearCPVbif concept
Light reaching crops	Low (often <20%)	Medium (40–70%)	Around 60% targeted
Electric output per area	High	Medium to low	Medium, boosted by rear concentrators
Crop suitability	Limited	Selective	Designed for a wide range of horticulture

Where “transparent” solar stands today

A indústria fotovoltaica, no geral, tem perseguido a transparência por dois caminhos.

• Non‑selective semi‑transparent panels, which thin the absorbing layers or punch microscopic gaps into the active material. These modules let through more light, but across the spectrum, and usually suffer a large hit to electrical efficiency.
• Wavelength‑selective panels, which aim to absorb mostly ultraviolet and near‑infrared radiation, while allowing visible light to pass. Plants receive much of what they need, while the panel works with the parts of the spectrum human eyes do not use.

O desenho de Jaén fica mais próximo do segundo grupo, mas acrescenta um detalhe extra com os concentradores ópticos traseiros. Esses elementos procuram capturar raios “perdidos” que passam à primeira, reflectem no solo ou nas plantas e voltam a atingir a face posterior do módulo. As células bifaciais conseguem converter essa luz reflectida em electricidade adicional.

Instead of fighting for each photon on the front surface only, the system harvests the second chance light that the farm would have simply reflected back to the sky.

Esta abordagem também encaixa bem com solos claros e reflectores, ou com coberturas/mulches de cor mais clara, que aumentam a luz disponível para a parte traseira das células.

Keeping crops cool while panels work hard

O calor é outra restrição quando se suspende módulos solares sobre culturas. Um “tecto” de vidro quente pode reter ar aquecido e criar um efeito de estufa indesejado. Temperaturas elevadas nos painéis também prejudicam a performance eléctrica, reduzindo a eficiência das células.

O estudo de Jaén acompanhou o comportamento térmico e verificou que a temperatura das células se manteve abaixo de cerca de 70 °C. Esse nível evita as piores perdas de desempenho e diminui o risco de sobreaquecimento da camada de ar logo por baixo dos módulos. Para o agricultor, esse controlo ajuda a manter o desenvolvimento das plantas num ritmo mais previsível, em vez de as empurrar para stress.

• Cooler panels maintain more stable output across summer heatwaves.
• More moderate air temperatures reduce blossom drop and fruit damage in sensitive crops.
• Livestock under panels face less extreme heat load compared with bare metal roofs.

What this could mean for farmers and developers

Se sistemas como o RearCPVbif chegarem à maturidade comercial, podem mudar a forma como os promotores olham para terras rurais em regiões com muito sol, como a Andaluzia, a Califórnia ou o sul de Itália. Em vez de substituir culturas, poderia fazer sentido negociar arrendamentos de longo prazo onde a exploração agrícola e o parque solar funcionam em conjunto.

Do ponto de vista do agricultor, uma cobertura semi‑transparente pode atenuar alguns riscos climáticos. A sombra parcial reduz o stress térmico em vagas de calor cada vez mais frequentes. Os painéis podem baixar a velocidade do vento ao nível do solo e diminuir a evaporação. Onde a água é escassa ou cara - realidade cada vez mais comum também em zonas de Portugal - isso pode ajudar a estabilizar produções.

Rather than paying rent for lost fields, farmers could collect two incomes from the same hectare: one from the harvest, one from electricity.

O desempenho no terreno vai depender de escolha criteriosa de culturas e de um desenho adequado do sistema. Folhosas, pequenos frutos e certas aromáticas podem dar-se bem com luz filtrada. Cereais e árvores de fruto muito “amigas do sol” podem exigir maior espaçamento entre filas ou estruturas mais elevadas para evitar quebras de rendimento.

Questions that still need answers

Como acontece com qualquer conceito promissor de laboratório, ainda há obstáculos antes de painéis agrovoltaicos deste tipo se tornarem comuns sobre filas de tomate ou jovens oliveiras.

• Cost of optics: Rear concentrators and bifacial cells add complexity. Manufacturers need to show that extra kilowatt‑hours offset the additional bill of materials.
• Durability: Optical components must withstand dust, humidity, hail and cleaning over decades on working farms.
• Maintenance access: Farmers need space for tractors, harvesters and irrigation systems, which shapes how arrays are laid out.
• Regulation: Planning rules and agricultural subsidies in Europe and elsewhere still mostly assume that a field either grows crops or hosts solar, not both.

How to judge agrivoltaic potential on a real farm

Para proprietários que ponderem este tipo de solução no futuro, alguns passos simples já ajudam a orientar o raciocínio - mesmo antes desta tecnologia específica estar totalmente comercializada.

• Measure average solar radiation and temperature over the growing season.
• Identify which crops on the farm tolerate partial shade or cooler canopies.
• Model different panel densities, aiming for at least 60% photosynthetic transmittance where high yields matter most.
• Simulate water savings from reduced evaporation and compare them with any expected yield change.

Simulações básicas mostram que, em locais quentes e com sol intenso, uma pequena redução da luz directa pode, por vezes, ser compensada por menor stress térmico e poupança de água - sobretudo em horticultura de maior valor. Ao juntar isso a um fluxo de receitas de electricidade mais estável, a conta muda para parcelas marginais ou com risco de seca.

Para quem planeia energia, desenhos agrovoltaicos como o de Jaén alargam o leque de locais onde é possível instalar solar. Parques de estacionamento e telhados continuam a contar. Mas estruturas semi‑transparentes e bifaciais sobre culturas permitem aumentar capacidade dentro de zonas agrícolas já existentes, em vez de empurrar a agricultura para áreas mais distantes ou menos adequadas. Em regiões pressionadas tanto pelas metas energéticas como pelo clima, este modelo de “sol partilhado” pode passar, aos poucos, de ensaio experimental a opção padrão quando se desenha a próxima geração de infra‑estruturas rurais.