Países mediterráneos como España están situados en una posición estratégica para el desarrollo y aprovechamiento de esta innovadora tecnología

Ante los desafíos actuales en la producción de alimentos y la búsqueda de fuentes de energía sostenibles, la agrivoltaica ofrece una solución novedosa. Este enfoque combina la producción agrícola con la generación de energía solar, aprovechando los espacios agrícolas para instalar paneles solares. La agrivoltaica implica la instalación de sistemas fotovoltaicos en terrenos agrícolas, permitiendo la producción simultánea de energía y cultivos. Este método presenta una serie de problemas y soluciones particulares que lo diferencian de la agricultura tradicional y de las instalaciones solares convencionales.

Un concepto clave en la agrivoltaica es la Relación de Equivalencia del Terreno, RET (en inglés, Land Equivalent Ratio, LER), que mide el uso eficiente del suelo combinando diferentes usos en el mismo espacio. Un LER superior a 1 indica que la combinación de cultivos y producción de energía en el mismo terreno es más eficiente que realizarlos por separado. La agrivoltaica ha demostrado aumentar el LER, optimizando así el uso del suelo y mejorando tanto la producción agrícola como la generación de energía renovable.

No obstante, hay desafíos en la implementación de sistemas agrivoltaicos. Uno de los principales problemas es la interferencia en las operaciones agrícolas. La presencia de paneles solares y su infraestructura puede dificultar el acceso a los cultivos y la utilización de maquinaria agrícola. Para mitigar este problema, es fundamental diseñar y configurar adecuadamente los sistemas agrivoltaicos. Por ejemplo, los paneles pueden ser montados en estructuras elevadas que permitan el paso de maquinaria agrícola por debajo, lo que reduce significativamente la interferencia.

Otro desafío es la gestión de sombras y condiciones de luz variables. Los paneles solares crean sombras y alteran las condiciones de luz, lo cual puede afectar negativamente el crecimiento de las plantas. Las sombras variables pueden resultar en una distribución desigual de la luz solar, impactando el rendimiento y la calidad de los cultivos. La utilización de paneles solares parcialmente transparentes o el ajuste de la orientación y el espaciado de los paneles puede ayudar a distribuir la luz de manera más uniforme y reducir los efectos negativos de la sombra en los cultivos.

La compatibilidad de los cultivos con este tipo de instalaciones es un aspecto crucial a tener en cuenta. No todos los cultivos son adecuados para sistemas agrivoltaicos, ya que estas instalaciones requieren condiciones de manejo específicas que difieren del manejo agrícola tradicional. Es necesario realizar investigaciones y pruebas para identificar las especies que se adaptan mejor a estas condiciones. Al seleccionar cultivos que prosperen bajo las particularidades impuestas por los paneles solares, es posible maximizar tanto la producción agrícola como la generación de energía.

La categorización de uso agrícola en sistemas agrivoltaicos se divide en dos grupos principales (Trommsdorff et al., 2022). La Categoría I se refiere a instalaciones con suficiente espacio libre debajo de los paneles solares para la agricultura. Esta categoría incluye cultivos permanentes y perennes como frutas, viñedos y lúpulo, cultivos anuales y bienales, pastizales móviles permanentes y pastizales permanentes de pastoreo.

La Categoría II abarca instalaciones a nivel del suelo entre las filas del sistema agrivoltaico, con subcategorías similares a la Categoría I pero adaptadas a la estructura a nivel del suelo (Figura 1). La categorización fue propuesta en la especificación alemana DIN 91434, una pre-norma que además define la agrivoltaica y los requisitos que las instalaciones agrovoltaicas deben cumplir para ser denominadas como tal. La Política Agrícola Común (PAC) y las tarifas de alimentación (en inglés, feed-in tariff) en Alemania se basan en esta pre-norma.

Figura 1. Categorías y formas de uso del suelo según lo establecido en DIN SPEC 91434. A: Configuración de la categoría I; B: Configuración de la categoría II, variante 1; C: Configuración de la categoría II, variantes 1 y 2. Adaptado de (Trommsdorff et al., 2022).

La investigación en sistemas agrivoltaicos está en sus primeras etapas, pero ya se han desarrollado métodos para mitigar algunos de los desafíos mencionados. Algunos estudios han creado algoritmos avanzados para la corrección de datos y sistemas de sensores que pueden funcionar eficazmente bajo estas condiciones. Estos estudios buscan desarrollar modelos que puedan predecir con precisión el rendimiento de los cultivos y optimizar la colocación y orientación de los paneles solares para maximizar tanto la producción de energía como la producción agrícola (Amaducci et al., 2018).

Diversos estudios y proyectos piloto han demostrado la eficacia de la agrivoltaica en distintos contextos. En Francia, por ejemplo, se ha implementado en viñedos, donde la sombra de los paneles solares ayuda a proteger las vides de las altas temperaturas y mejora la calidad de las uvas. En Japón, la agrivoltaica se utiliza para cultivar hortalizas, reduciendo la evaporación y mejorando la eficiencia del uso del agua. Un caso notable es en Arizona, EE UU, donde se combinan paneles solares con la producción de diversos cultivos. Los resultados mostraron que el sistema agrivoltaico aumentó la producción de alimentos, mejoró la eficiencia en el uso del agua y redujo el estrés térmico en los paneles PV (Barron-Gafford et al., 2019).

Figura 2. Izquierda: En configuraciones con paneles elevados, ni satélites ni drones pueden recolectar datos adecuadamente debido a la obstrucción de los módulos solares. Derecha: Se necesitan estrategias específicas para recolectar datos de cultivos y suelos. Adaptado de (Vélez et al., 2024).

En Alemania, el Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE está llevando a cabo numerosas investigaciones en el campo de la agrivoltaica. Uno de estos proyectos piloto se construyó en 2016 cerca del Lago Contanza, en Alemania. Los cultivos utilizados incluyen papa, apio, trébol y trigo de invierno. El sistema agrivoltaico incrementó la eficiencia del uso de la tierra en un 56-70% en 2017 y casi un 90% en el caluroso verano de 2018. Los resultados mostraron una mejor distribución de la radiación y mayor productividad de la tierra (Trommsdorff et al., 2021). Además, se están realizando estudios para la implementación de sistemas agrivoltaicos con tecnología fotovoltaica semitransparente (STPV), analizando el rendimiento y los desafíos de la integración de tecnologías STPV como c-Si, fotovoltaicos de película delgada, OPVs, DSSCs, CPVs y LSCs en sistemas agrivoltaicos en tierras agrícolas e invernaderos (Gorjian et al., 2022). El estudio destaca que, aunque los STPV son una solución viable, se necesita mejorar su eficiencia y reducir costos, por lo que los módulos c-Si STPV son los más empleados debido a sus bajos costos y alta eficiencia, enfatizando que se debe investigar más sobre la respuesta de las plantas cultivadas bajo estos sistemas.

También se han realizado estudios para explorar cómo los métodos actuales de teledetección, como imágenes satelitales, de drones y sensores basados en tierra, pueden adaptarse para monitorear y gestionar eficazmente los sistemas agrivoltaicos. En estos estudios se abordan desafíos como la obstrucción de sensores (Figura 2), especialmente en áreas donde los paneles solares pueden bloquear las vistas directas desde satélites y drones. Además, se examinan las condiciones de luz variables causadas por las sombras y reflejos de los paneles solares, que pueden afectar la precisión de los datos recopilados (Vélez et al., 2024). Mediante la integración de tecnologías avanzadas y el desarrollo de nuevos algoritmos, se busca mejorar la capacidad de detectar problemas en los cultivos y optimizar tanto la producción agrícola como la eficiencia de los sistemas solares.

La tecnología agrivoltaica en el país con mayor diversidad agrícola de la Unión Europea aún se encuentra en sus etapas iniciales. En los últimos años, el interés ha aumentado, con proyectos piloto y estudios en Andalucía, Castilla-La Mancha, la Comunidad Valenciana, Extremadura y Murcia. Sin embargo, el progreso se ha visto obstaculizado por la falta de una normativa específica que la distinga de las plantas fotovoltaicas convencionales (GRUPO OPERATIVO AGROVOLTAICA, 2023). Además, la actividad agrícola en plantas agrivoltaicas no tiene reconocimiento legal, lo que impide el acceso a las ayudas de la PAC. También existen barreras administrativas para obtener puntos de conexión y verter la energía generada, lo que dificulta la implementación de esta tecnología.

La concienciación de los actores en el contexto español es crucial para impulsar la agrivoltaica. Tanto el sector agrario como el energético desconocen en gran medida las posibles sinergias y tienden a centrarse en las desventajas. Aunque regiones como Cataluña están desarrollando normativas para promover la agrivoltaica y diferenciarla claramente de las plantas fotovoltaicas convencionales, es fundamental contar con una normativa nacional en el conjunto de España, que sea clara, y que establezca los requisitos específicos. Siguiendo los modelos de Alemania, Francia e Italia, esto podría fomentar las inversiones y reducir el riesgo de 'greenwashing', fenómeno que ocurre cuando partes interesadas, como los planificadores de proyectos o las administraciones, presentan grandes parques solares como proyectos de agrivoltaica.

La agrivoltaica ofrece una oportunidad para abordar simultáneamente la necesidad de aumentar la producción de alimentos y la generación de energía renovable. Al combinar estos dos sectores, se pueden lograr mejoras significativas en la sostenibilidad ambiental, el uso eficiente del suelo y la rentabilidad agrícola. Al aumentar el LER, la agrivoltaica optimiza el uso del suelo, promoviendo un desarrollo más sostenible y eficiente. Con un enfoque adecuado y la colaboración entre diversos actores, la agrivoltaica tiene el potencial de transformar el panorama agrícola y energético global, contribuyendo a un futuro más verde y resiliente.

Países mediterráneos como España están situados en una posición estratégica para el desarrollo y aprovechamiento de esta innovadora tecnología, por lo que la creación de políticas y regulaciones claras no solo impulsará la adopción de la agrivoltaica, sino que también asegurará que se maximicen los beneficios tanto para la producción agrícola como para la generación de energía. Un apoyo decidido a la investigación, desarrollo y aplicación de la agrivoltaica podría posicionar a España como un líder en la integración de energías renovables y agricultura sostenible, beneficiando a la economía y al medio ambiente a largo plazo.

Agradecimientos

El contrato del Dr. Sergio Vélez ha sido apoyado por la Fundación Iberdrola y la Comisión Europea en el marco de las Acciones Marie Sklodowska-Curie (MSCA)—E4F, parte del programa Horizonte 2020 (Acuerdo de Subvención No 101034297, https://doi.org/10.3030/101034297).

Referencias

Amaducci, S., Yin, X., & Colauzzi, M. (2018). Agrivoltaic systems to optimise land use for electric energy production. Applied Energy, 220, 545–561. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.03.081

Barron-Gafford, G. A., Pavao-Zuckerman, M. A., Minor, R. L., Sutter, L. F., Barnett-Moreno, I., Blackett, D. T., Thompson, M., Dimond, K., Gerlak, A. K., Nabhan, G. P., & Macknick, J. E. (2019). Agrivoltaics provide mutual benefits across the food–energy–water nexus in drylands. Nature Sustainability, 2(9), 848–855. https://doi.org/10.1038/s41893-019-0364-5

Gorjian, S., Bousi, E., Özdemir, Ö. E., Trommsdorff, M., Kumar, N. M., Anand, A., Kant, K., & Chopra, S. S. (2022). Progress and challenges of crop production and electricity generation in agrivoltaic systems using semi-transparent photovoltaic technology. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 158, 112126. https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112126

GRUPO OPERATIVO AGROVOLTAICA. (2023). Estudio de prospectiva y rediseño para instalaciones agro solares con el cultivo en suelo (Informe de Proyecto WP 5). Fondo Europeo Agrícola de Desarrollo Rural (FEADER) y Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación. https://www.goagrovoltaica.es/wp-content/downloads/Estudio_de_prospectiva.pdf

Trommsdorff, M., Gruber, S., Keinath, T., Hopf, M., Hermann, C., Schönberger, F., Högy, P., Zikeli, S., Ehmann, A., Weselek, A., Bodmer, U., Rösch, C., Ketzer, D., Weinberger, N., Schindele, S., & Vollprecht, J. (2022). Agrivoltaics: Opportunities for Agriculture and the Energy Transition. Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE.

Trommsdorff, M., Kang, J., Reise, C., Schindele, S., Bopp, G., Ehmann, A., Weselek, A., Högy, P., & Obergfell, T. (2021). Combining food and energy production: Design of an agrivoltaic system applied in arable and vegetable farming in Germany. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 140, 110694. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110694

Vélez, S., Gorjian, S., Bretzel, T., Berwind, M. F., Ariza-Sentís, M., Mier, G., Valente, J., & Trommsdorff, M. (2024). Challenges and opportunities for remote sensing in agrivoltaic systems. AgEng 2024 Proceedings, 55–62.

Con un enfoque adecuado y la colaboración entre diversos actores, la agrivoltaica tiene el potencial de transformar el panorama agrícola y energético global, contribuyendo a un futuro más verde y resiliente