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

How solar farms started to collide with farmland

No sul da Península Ibérica, a corrida ao solar está a levantar uma pergunta prática: quem fica com o sol quando a terra tem de dar para tudo? À medida que as centrais fotovoltaicas se multiplicam, o uso do solo começa a tornar-se tão decisivo quanto a tecnologia.

Em vez de obrigar a escolher entre eletricidade e alimentos, investigadores em Jaén defendem que é possível “partilhar” a luz. Os painéis protótipo que desenvolveram produzem uma quantidade relevante de energia e, ao mesmo tempo, deixam passar luminosidade suficiente para manter hortícolas e árvores de fruto vivas e produtivas.

A transição energética europeia esbarra num facto simples e difícil de contornar: o terreno é finito. A União Europeia quer pelo menos 30% da energia a partir de renováveis até 2030 e neutralidade climática até 2050. A solar à escala industrial tem um papel central nesse plano, impulsionada por módulos mais baratos e por um forte aumento da produção, sobretudo a partir da China.

Mas, à medida que os projetos crescem, também aumentam os conflitos no terreno. Os promotores procuram campos planos e com muito sol. Os agricultores olham para os mesmos terrenos e veem o seu sustento. E as comunidades locais resistem quando fileiras de painéis substituem pomares ou pastagens. Em algumas regiões, o “solar versus comida” já virou debate recorrente nas notícias.

Essa tensão ajuda a explicar porque é que a agrivoltaica ganhou força. Em vez de afastar a agricultura, os sistemas agrivoltaicos elevam os painéis ou espaçam-nos, permitindo que culturas, gado ou colmeias usem a mesma área. Plantas tolerantes à sombra podem beneficiar de microclimas mais frescos e de menos evaporação. Ovelhas podem pastar sob as estruturas e controlar a vegetação, enquanto apicultores usam estes espaços como zonas de forrageamento.

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

O verdadeiro desafio técnico aparece quando os painéis ficam diretamente por cima das culturas. Os módulos opacos convencionais bloqueiam grande parte da luz, o que pode abrandar o crescimento, deformar plantas ou reduzir colheitas. Existem painéis semi-transparentes, mas normalmente sacrificam demasiado a produção elétrica para satisfazer 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 agrivoltaica. Chamam ao sistema RearCPVbif, abreviação de “Rear Concentrator Photovoltaic bifacial”. O nome é pouco elegante, mas a ideia é simples: deixar luz passar para as plantas, enquanto recupera discretamente parte da radiação que, de outra forma, seria desperdiçada.

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 dos sistemas FV semi-transparentes (muitas vezes chamados STPV) limita-se a espaçar o material ativo ou a usar camadas mais finas, deixando entrar mais luz - mas com uma queda na produção elétrica. A proposta de Jaén tenta um compromisso diferente: mantém a transparência e “espreme” eletricidade adicional a partir da luz que circula e se reflete atrás do painel.

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

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

Two key light metrics for crops and power

Para avaliar se um painel pode ficar por cima de culturas sem as prejudicar, engenheiros e agrónomos olham hoje para dois indicadores - não apenas para o watt‑pico na placa do equipamento.

• 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. Para a agricultura, a APT é mais relevante do que a energia solar total. As plantas dependem sobretudo da chamada radiação fotossinteticamente ativa (PAR), aproximadamente 400–700 nanómetros. Se um painel bloquear demasiado essa faixa, a produção cai - mesmo que ainda passe muito infravermelho ou ultravioleta.

Estudos anteriores em estufas e redes de sombreamento colocam o limite inferior para um crescimento confortável perto de 60% de transmissão na gama PAR, variando conforme a espécie. O sistema RearCPVbif foi desenhado com esse referencial em mente.

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

De forma geral, a indústria fotovoltaica 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 aproxima-se do segundo grupo, mas adiciona uma nuance com os concentradores óticos traseiros. Esses elementos tentam capturar raios “perdidos” que passam à primeira, refletem no solo ou nas plantas e depois atingem a parte de trás do módulo. As células bifaciais conseguem converter essa luz refletida em eletricidade 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 combina naturalmente com solos mais claros e refletivos ou com coberturas/mulches de cor clara, que aumentam a luz disponível para o lado traseiro das células.

Keeping crops cool while panels work hard

O calor é outro fator limitante quando se suspende módulos solares sobre culturas. Um “teto” de vidro quente pode reter ar aquecido e criar um efeito de estufa indesejado. Temperaturas elevadas nos painéis também prejudicam o desempenho elétrico, reduzindo a eficiência das células.

O estudo de Jaén monitorizou o comportamento térmico e concluiu que as temperaturas das células se mantiveram abaixo de cerca de 70 °C. Esse nível evita as piores perdas de desempenho e reduz o risco de sobreaquecer a camada de ar imediatamente por baixo dos módulos. Para o agricultor, esse controlo térmico pode ajudar a manter o desenvolvimento das plantas dentro de padrões mais previsíveis, 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 alterar a forma como os promotores solares encaram terrenos rurais em regiões ricas em sol, como a Andaluzia, a Califórnia ou o sul de Itália. Em vez de substituir culturas, os promotores poderiam negociar arrendamentos de longo prazo em que exploração agrícola e parque solar operam em conjunto.

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

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 uma escolha cuidadosa de culturas e do desenho do sistema. Folhosas, frutos vermelhos e certas ervas podem crescer bem com luz filtrada. Já cereais e árvores de fruto muito exigentes em sol podem precisar de maior espaçamento entre filas ou de estruturas mais altas para evitar quebras de produção.

Questions that still need answers

Como acontece com qualquer conceito promissor de laboratório, há vários obstáculos antes de este tipo de painéis agrivoltaicos se tornar comum sobre filas de tomate ou pequenas 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 considerem estes sistemas no futuro, alguns testes simples já ajudam a orientar decisões - mesmo antes de esta 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 simples mostram que, em locais quentes e com radiação intensa, uma redução moderada da luz direta pode, por vezes, ser compensada por menor stress térmico e poupança de água - sobretudo em horticultura de maior valor. Se a isso se juntar uma receita estável de eletricidade, o cenário financeiro muda para parcelas marginais ou vulneráveis à seca.

Para os decisores energéticos, soluções agrivoltaicas como a de Jaén alargam o conjunto de locais possíveis para instalar solar. Parques de estacionamento e telhados continuam a ser importantes. Ainda assim, estruturas semi-transparentes e bifaciais sobre culturas permitem aumentar a capacidade solar dentro de zonas agrícolas existentes, em vez de empurrar a agricultura para fora ou para terrenos menos adequados. Em regiões pressionadas simultaneamente pelas metas energéticas e pelas alterações climáticas, este modelo de “sol partilhado” pode passar gradualmente de ensaio experimental a opção padrão quando se desenha a próxima geração de infraestruturas rurais.