Multitarea en magenta: los paneles solares de color podrían permitir a las granjas cultivar alimentos y generar electricidad

Los paneles solares de color permiten a las granjas cosechar cultivos y electricidad a la vez

Los agricultores que quieren añadir energía renovable a sus tierras llevan mucho tiempo enfrentándose a una incómoda disyuntiva: los paneles opacos que producen más electricidad también proyectan la sombra más profunda. Una nueva investigación sugiere que los paneles solares semitransparentes personalizados, teñidos de un vívido magenta, pueden encontrar un punto medio, generando energía mientras dirigen las porciones más útiles del espectro luminoso hacia los cultivos que crecen debajo.

El estudio, cuya publicación está prevista para el 2 de octubre en Cell Reports Physical Science, se centra en el brócoli cultivado bajo los paneles en un sitio experimental de la granja Kärrbo Prästgård, en Suecia. Según los hallazgos, el brócoli absorbió la luz solar de manera más eficiente que las plantas cultivadas al aire libre, y las cabezas cosechadas finalmente alcanzaron el mismo tamaño que el brócoli cultivado de forma convencional, aunque requirieron 25 días adicionales para madurar.

El trabajo apunta a una posible herramienta para los agricultores que quieren producir electricidad renovable sin renunciar a la productividad de la tierra bajo sus instalaciones.

Cómo funcionan los paneles magenta

El concepto subyacente es sencillo, según Silvia Ma Lu, de la Universidad de Mälardalen en Västerås, Suecia, autora del artículo. Los paneles interceptan parte de la luz solar entrante y la convierten en electricidad renovable, mientras permiten que el resto pase a los cultivos que están debajo. La ambición más amplia, explica, es averiguar si la luz solar puede utilizarse de manera más eficiente dividiendo el espectro solar entre dos tareas a la vez: alimentar a las plantas y alimentar a la red.

El magenta no es una elección estética arbitraria. En lugar de bloquear la luz de forma indiscriminada como hace un panel opaco, el diseño semitransparente filtra el espectro solar para que las longitudes de onda azules y rojas —las bandas en las que más se apoyan las plantas— se vean reforzadas para el dosel del cultivo.

• Transmisión parcial: una parte de la luz solar entrante atraviesa el panel para llegar a las plantas.
• Generación de energía: la luz que capta el panel se convierte en electricidad renovable.
• Ajuste espectral: se potencian las longitudes de onda azules y rojas para favorecer el desarrollo del cultivo.
• Refugio físico: montar paneles sobre un campo también puede proteger a las plantas de la luz solar excesiva y de fenómenos meteorológicos extremos como el granizo o las lluvias intensas.

Qué reveló el ensayo con brócoli

Los investigadores se centraron en el brócoli como cultivo de prueba, cultivándolo bajo los paneles coloreados y semitransparentes en el sitio experimental sueco. El resultado principal fue un aumento de 4,5 veces en la eficiencia con que las plantas utilizaban la luz solar disponible en comparación con el brócoli cultivado al aire libre. En términos prácticos, esa ganancia de eficiencia se reflejó en la cosecha: el brócoli producido bajo los paneles magenta creció tanto como el brócoli tradicional de campo abierto.

Sin embargo, hubo un inconveniente. Las plantas protegidas tardaron 25 días más en alcanzar la madurez que sus contrapartes a pleno sol. Ese retraso importa para los productores que trabajan con calendarios de siembra ajustados, cosechas secuenciales o contratos que dependen de cumplir ventanas de mercado específicas. También sugiere que el entorno luminoso bajo los paneles, aunque favorable en términos espectrales, no es un sustituto perfecto de la luz solar sin restricciones en todos los aspectos.

Aun así, la combinación de una cosecha de tamaño completo y la generación de electricidad in situ es el resultado que hace que valga la pena seguir este enfoque. En lugar de pedirle a un campo que elija entre alimento y energía, el sistema le pide que haga ambas cosas.

Por qué la agrivoltaica está despertando interés

Colocar paneles solares convencionales en tierras agrícolas ya ofrece a los agricultores una forma de producir electricidad renovable en terrenos disponibles y amplios, al tiempo que protege los cultivos del exceso de sol directo y de condiciones meteorológicas dañinas. La dificultad es que los paneles fotovoltaicos estándar de color azul oscuro suelen ser opacos. Colocados sobre un campo, pueden crear más sombra de la que muchos cultivos pueden tolerar, lo que reduce los rendimientos.

Ese es precisamente el problema que los paneles semitransparentes y coloreados están diseñados para mitigar. Al permitir el paso de una fracción controlada de luz y moldear qué longitudes de onda la atraviesan, buscan mantener una producción de electricidad significativa mientras dejan suficiente luz utilizable para las plantas de abajo. El ensayo sueco con brócoli es un dato en ese esfuerzo, que prueba si un filtro magenta puede ajustarse para servir a un cultivo específico en lugar de simplemente reducir la luz en general.

Ningún diseño único sirve para todas las granjas

Ma Lu tiene cuidado de no exagerar el resultado como una receta universal. En su opinión, no existe una única configuración agrivoltaica que funcione de manera óptima en todos los lugares. Lo que funciona para el brócoli en una granja sueca puede no trasladarse directamente a un cultivo diferente, una latitud diferente o un clima diferente.

Sostiene que se necesita más investigación para entender cómo responden diversos cultivos a diferentes configuraciones de sistemas y a condiciones climáticas variables, y para diseñar instalaciones que equilibren de verdad la producción agrícola con la generación de electricidad renovable. El objetivo no es declarar un ganador entre colores de paneles o niveles de transparencia, sino construir un conjunto de evidencias que permita a los productores adaptar un sistema a su tierra, su cultivo y sus objetivos energéticos.

Lo que aún queda por resolver

Quedan varias cuestiones abiertas antes de que los paneles coloreados se conviertan en una estampa habitual sobre tierras agrícolas en activo. La diferencia de 25 días en la maduración del brócoli plantea la pregunta de cómo responderían otros cultivos —en particular los de temporadas de crecimiento más cortas o plazos de cosecha más estrictos— a la misma luz filtrada. La economía de instalar paneles semitransparentes, que normalmente generan menos energía por unidad de área que las alternativas totalmente opacas, también tendrá que sopesarse frente al valor del cultivo protegido bajo ellos.

Los investigadores también quieren saber cómo se comportan los sistemas a lo largo de múltiples temporadas y en toda la gama de condiciones meteorológicas que experimentan las granjas reales, desde el granizo y las lluvias intensas que los paneles pueden ayudar a desviar hasta los períodos más nublados, cuando la luz ya es escasa. Cada una de esas variables puede alterar el equilibrio entre cuánta electricidad produce un campo y cuánto alimento rinde.

Puntos clave

• Los paneles solares magenta semitransparentes personalizados generaron electricidad mientras potenciaban las longitudes de onda azules y rojas para el brócoli que crecía bajo ellos en un sitio experimental sueco.
• El brócoli protegido mostró un aumento de 4,5 veces en la eficiencia de uso de la luz solar y creció tanto como el brócoli cultivado al aire libre.
• La contrapartida: las plantas bajo los paneles tardaron 25 días más en madurar.
• Se están explorando paneles coloreados y semitransparentes como una forma de evitar el sombreado excesivo que causan los paneles opacos de color azul oscuro en las tierras agrícolas.
• Los autores del estudio afirman que ningún diseño agrivoltaico único servirá para todos los cultivos, configuraciones o climas, y que se necesita más investigación para equilibrar la producción de alimentos con la generación de electricidad renovable.

Este artículo se basa en la cobertura de Phys.org. Lea el artículo original.