No vamos a tratar aquí sobre la construcción ecológica, ya que es un tema ampliamente conocido por los lectores de EcoHabitar, pero sí asumir que ellos tienen una conciencia profundamente ecologista. Por otra parte, lo que sigue está especialmente relacionado con construcciones que dispongan de espacio para ubicar algún tipo de cultivo y con ciertas limitaciones de terreno, tales como viviendas unifamiliares con un pequeño jardín o plurifamiliares con una terraza plana.
La tecnología agrovoltaica[1] consiste en utilizar simultáneamente el terreno para producir electricidad y para la agricultura. Esta tecnología a pesar de que ya se propuso en el año 1981 por investigadores del Fraunhofer ISE alemán, no ha tenido un despliegue significativo hasta el año 2019, extendiéndose a partir de ese momento por todo el mundo, singularmente en los países de Europa y en China. Es importante no confundir la agrovoltaica con la utilización de módulos fotovoltaicos en cubiertas o fachadas de las casas para producir electricidad en lugares donde no haya conexión con la red eléctrica, para reducir la factura de la aquella o por motivos éticos. En la agrovoltaica los módulos[2] están sobre las plantas o entre las líneas de estas, por lo que en mayor o menor medida interfieren en la irradiación solar que les llega.
Cabe pensar que nuestra sugerencia para poner una instalación agrovoltaica en una construcción ecológica es únicamente para aprovechar más el terreno, pero esto no es así. Se ha demostrado que la sombra creada por los módulos sobre las plantas lleva a una reducción de las necesidades hídricas de los cultivos y produce efectos cualitativos significativos[3]. Por otra parte, en la mayoría de los cultivos se produce una reducción de la producción, pero ese efecto en general se compensa con los ingresos o ahorros por la electricidad producida y en todo caso no es significativo cuando la cosecha se destina al autoconsumo.
Cuando se cultiva en invernaderos en determinadas épocas del año o incluso momentos del día, la temperatura ambiente dentro de esos se eleva tanto que puede afectar negativamente a los cultivos, lo que obliga a los agricultores a instalar mallas o persianas para sombrearlos. En el caso de la agrovoltaica parte de su cubierta transparente se sustituye por módulos fotovoltaicos, lo que produce un sombreado que reduce la temperatura ambiente sin necesidad de usar esos dispositivos.
Aunque de forma muy sencilla puede verse la agrovoltaica como cualquier instalación fotovoltaica más un cultivo, por la diversidad de especies cultivadas y las formas de cultivarse, así como por los distintos tipos de instalaciones fotovoltaicas en la práctica es más complicado. De lo que se trata es de identificar la mejor combinación de cultivo e instalación fotovoltaica para cada caso. Si nos situamos en una perspectiva general de la agrovoltaica en el mundo se comprueba que hay instalaciones en cultivos herbáceos[4], leñosos[5], hortalizas y frutos rojos[6]. También se da una gran variedad en cuanto a la superficie que ocupan y la potencia de la instalación fotovoltaica correspondiente. Como curiosidad se puede decir que en la provincia china de Nigxia, en la ribera oriental del Río Amarillo, en el año 2019 se puso en marcha una agrovoltaica con 640 MW de potencia que ocupa 10.700 has, dedicada sobre todo a la producción de semillas de goji[7]. Los cultivos hortícolas y los de frutos rojos, cultivados tanto al aire libre, como en invernadero probablemente son los que más pueden interesar a los lectores de EcoHabitar.
El segundo paso es diseñar la instalación fotovoltaica adecuada en cada caso, empezando por su potencia y siguiendo por el resto de las características, teniendo en cuenta que el factor limitante sería la superficie disponible. La cantidad de electricidad producida anualmente, expresada en kWh, va a depender sobre todo de la latitud de la ubicación y de la inclinación y orientación de los módulos. Los más probable es que la electricidad producida se destine al autoconsumo, con alguna de las dos posibilidades siguientes: ceder la electricidad a la red o almacenarla en acumuladores electroquímicos[8].
En el caso de los cultivos al aire libre para dimensionar la potencia de la instalación fotovoltaica hay que analizar caso por caso, ya que el sombreado de las plantas no puede superar un porcentaje determinado. A efectos de este artículo se va a considerar la ratio[9] de 70 W por m2 de terreno, así si el espacio disponible fuera de 50 m2 la potencia máxima sería 3,5 kW., que es una cifra respetable para autoconsumo.
La segunda cuestión que decidir qué tipo de módulos usar y la estructura que debe sustentarlos. En principio cualquier tipo es admisible, pero se debe decir que cada vez es más frecuente el uso de módulos bifaciales en los parques solares y que en la agrovoltaica se abren paso los módulos semitransparentes de tipo orgánico que separan la luz solar por longitudes de onda llegando a las plantas la irradiación que genera la fotosíntesis y aprovechándose el resto para generar electricidad.
Respecto a las estructuras que soportan los módulos para las grandes instalaciones cada vez se usan con mayor frecuencia las que proporcionan movilidad a los módulos[10] porque permiten realizar un sombreado a medida de las plantas y pueden protegerlas de inclemencias meteorológicas. Sin embargo, para pequeñas instalaciones parece más oportuno usar instalaciones con una inclinación fija o que esta se pueda modificar manualmente. El resto de los componentes de la instalación fotovoltaica no se diferencia de las de una convencional[11].
Instalación en invernaderos
En el caso de instalaciones en invernaderos el problema de las sombras subsiste, dependiendo de la superficie de los módulos, aunque en la práctica es frecuente encontrar coberturas[12] de entre el 40% y el 60% en el caso de módulos fotovoltaicos opacos y la equivalente en módulos semitransparentes. Es diferente si los invernaderos están ya construidos, en cuyo caso tanto el número de los módulos fotovoltaicos y su modelo, su orientación e inclinación vienen ya determinados, en caso contrario se podrán elegir dichas características. Por otra parte, no es descartable una distribución mixta si se quieren tener cultivos al aire libre y un invernadero.
Por último, habrá que calcular el importe de la inversión en la instalación fotovoltaica adecuada, lo que es relativamente fácil teniendo en cuenta que ya hay muchas empresas instaladoras de energía solar especializadas en autoconsumo. No obstante, si el lector se considera preparado para abordar el montaje de la instalación fotovoltaica, hemos localizado en internet un KIT de 3,4 kW de potencia, sin baterías ni posibilidad de utilizarlas, por 1.899 euros.
Fotografía del prototipo de invernadero solar desarrollado por el Instituto de Agricultura Avanzada de Cataluña. Fuente: Solarinfo. 25/2/2022.
[1] También se usa frecuentemente la palabra agrivoltaica. La denominación más correcta sería la de sistemas agrovoltaicos.
[2] Recordamos brevemente que los módulos fotovoltaicos, o coloquialmente paneles, producen una corriente eléctrica a recibir la luz solar, y son la base de las llamadas instalaciones fotovoltaicas.
[3] Un ejemplo de esto es la mejora en la calidad de la cosecha en cultivos de hojas como la lechuga.
[4] Especies como los cereales y praderas.
[5] Especies como la vid, olivos y los frutales
[6] Cultivos como fresas, frambuesas y arándanos
[7] Eduardo Bellini. Giant Agrivoltaic Project in China. PV Magazine, 2/9/2020.
[8] En una instalación doméstica siempre se producen excesos de producción de electricidad por pequeña que sea la instalación por la disparidad entre los perfiles de producción y consumo.
[9] Esta ratio depende del cultivo específico y es muy variable. Según información recogida por el autor está entre 51,2 W/m2. y 8,09 W/m2. para Europa.
[10] Las estructuras que permiten la movilidad de los módulos fotovoltaicos también se denominan trackers porque en un principio se utilizan solo para seguir la posición del sol.
[11] Los componentes de una instalación fotovoltaica, además de los módulos fotovoltaicos y las estructuras son los inversores CC/CA, los instrumentos de control, medida y protección y el cableado. En el caso que de que se quiera almacenar la electricidad excedente los acumuladores electroquímicos y los reguladores de carga.
[12] En la literatura científica referente a la agrovoltaica en invernaderos se consideran dos ratios de cobertura ligeramente diferentes. Una ratio es el cociente entre la superficie de los módulos y la de la cubierta y otra ratio el cociente entre la superficie proyectada por lo módulos y la superficie del invernadero. Es importante distinguir entre ambas cuando se estudian cultivos concretos.
