Uma universidade espanhola criou painéis solares que permitem a produção agrícola com energia solar sem prejudicar as culturas.

Across southern Spain, um novo tipo de painel solar está, discretamente, a reescrever as regras de quem pode aproveitar o sol.

Em vez de forçar uma escolha entre alimentos e energia, investigadores em Jaén dizem ter encontrado uma forma de partilhar a luz solar. Os seus painéis protótipo geram quantidades relevantes de eletricidade, ao mesmo tempo que deixam passar luz suficiente para manter hortícolas e árvores de fruto vivas e produtivas.

Como as centrais solares começaram a colidir com a agricultura

A transição energética da Europa esbarra num facto simples e teimoso: o solo é finito. A União Europeia quer, pelo menos, 30% da sua energia proveniente de renováveis até 2030 e neutralidade climática até 2050. A energia solar à escala industrial desempenha um papel central nesse plano, impulsionada por módulos mais baratos e por uma vaga de produção proveniente da China.

No entanto, à medida que os projetos aumentam de dimensão, aumentam também os conflitos no terreno. Os promotores procuram campos planos e ensolarados. Os agricultores olham para os mesmos campos e veem o seu sustento. As comunidades locais reagem quando os parques solares substituem pomares ou pastagens. Em algumas regiões, “solar versus alimentos” tornou-se um debate de primeira página.

Essa tensão é uma das razões pelas quais a agrivoltaica tem ganho tração. Em vez de afastar a agricultura, os sistemas agrivoltaicos elevam os painéis ou espaçam-nos para que culturas, gado ou colmeias possam partilhar a mesma área. Plantas tolerantes à sombra podem beneficiar de microclimas mais frescos e de menor evaporação. Ovelhas pastam sob as estruturas e mantêm a vegetação rasteira controlada, enquanto apicultores usam os locais com painéis como áreas de forrageamento.

A agrivoltaica tenta transformar um conflito de uso do solo numa dupla colheita: quilowatt-hora por cima, calorias por baixo.

O verdadeiro desafio técnico surge quando os painéis ficam diretamente sobre as culturas. Os módulos opacos convencionais bloqueiam a maior parte da luz solar, o que pode abrandar o crescimento, deformar plantas ou reduzir rendimentos. Existem painéis semitransparentes, mas normalmente sacrificam demasiada produção elétrica para satisfazer agricultores e investidores.

A abordagem da equipa de Jaén à energia solar semitransparente

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, abreviatura de “Rear Concentrator Photovoltaic bifacial”. O nome é pouco elegante, mas a ideia é simples: deixar passar luz para as plantas, recuperando discretamente uma parte da luz solar que, de outra forma, seria desperdiçada.

O que torna o RearCPVbif diferente

• Utiliza células solares bifaciais, capazes de gerar energia tanto pela face frontal como pela traseira.
• Integra concentradores óticos na parte traseira, que redirecionam luz refletida e dispersa para o verso das células.
• Mantém elevada transparência ótica, garantindo que chega luz suficiente às culturas por baixo.

A maioria da fotovoltaica semitransparente (frequentemente designada por STPV) limita-se a espaçar o material ativo ou a usar camadas mais finas, deixando passar mais luz mas reduzindo a produção elétrica. O sistema de Jaén tenta uma troca diferente: mantém a transparência, mas extrai eletricidade adicional da luz que “circula” atrás do painel.

Os investigadores reportam um fator de transparência em torno de 60%, um nível geralmente considerado aceitável para muitas culturas hortícolas.

Esse valor de 60% é importante. Estudos agronómicos sugerem que muitos vegetais começam a ter dificuldades quando a transmissão média de luz desce muito abaixo desse limiar. Acima dele, algumas espécies conseguem manter uma fotossíntese próxima do normal, especialmente se a temperatura e a humidade forem bem geridas.

Duas métricas de luz fundamentais para culturas e energia

Para avaliar se um painel solar pode ser instalado sobre culturas com segurança, engenheiros e agrónomos consideram hoje dois números, e não apenas a potência de pico (watt-peak) indicada na placa do módulo.

• Transmitância visível média (AVT): a fração de luz visível que atravessa o painel.
• Transmitância fotossintética média (APT): a fração de luz, nos comprimentos de onda efetivamente usados pelas plantas na fotossíntese, que chega às folhas.

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

Estudos anteriores em estufas e redes de sombreamento situam o limite inferior para um crescimento confortável das culturas perto de 60% de transmissão na gama PAR, dependendo da espécie. O sistema RearCPVbif foi desenhado com esse referencial.

Parâmetro	FV opaca convencional	FV semitransparente típica	Conceito RearCPVbif
Luz que chega às culturas	Baixa (frequentemente <20%)	Média (40–70%)	Cerca de 60% (objetivo)
Produção elétrica por área	Alta	Média a baixa	Média, reforçada por concentradores traseiros
Adequação às culturas	Limitada	Seletiva	Concebida para uma ampla gama de horticultura

Onde está hoje a energia solar “transparente”

A indústria fotovoltaica tem perseguido a transparência por duas vias.

• Painéis semitransparentes não seletivos, que afinam as camadas absorventes ou criam microaberturas no material ativo. Estes módulos deixam passar mais luz, mas em todo o espetro, e normalmente sofrem uma grande perda de eficiência elétrica.
• Painéis seletivos em comprimento de onda, que procuram absorver sobretudo ultravioleta e infravermelho próximo, permitindo a passagem de luz visível. As plantas recebem grande parte do que precisam, enquanto o painel trabalha com partes do espetro que o olho humano não utiliza.

O desenho de Jaén aproxima-se do segundo grupo, mas acrescenta um “truque” com os concentradores óticos traseiros. Esses elementos tentam capturar raios dispersos que passam na primeira travessia, refletem no solo ou nas culturas e atingem a parte de trás do módulo. Células bifaciais conseguem converter essa luz refletida em eletricidade adicional.

Em vez de lutar por cada fotão apenas na superfície frontal, o sistema aproveita a luz de “segunda oportunidade” que a exploração agrícola teria simplesmente refletido de volta para o céu.

Esta abordagem combina-se naturalmente com solos claros e refletivos ou coberturas (mulches) de cor clara, que aumentam a luz disponível para a face traseira das células.

Manter as culturas frescas enquanto os painéis trabalham

O calor é outra restrição quando se suspende módulos solares sobre culturas. Um “teto” quente de vidro 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 sobreaquecimento da camada de ar imediatamente abaixo dos módulos. Para os agricultores, esse controlo térmico pode ajudar a manter o desenvolvimento das plantas em padrões familiares, em vez de as empurrar para stress.

• Painéis mais frescos mantêm uma produção mais estável durante ondas de calor no verão.
• Temperaturas do ar mais moderadas reduzem a queda de flores e danos nos frutos em culturas sensíveis.
• O gado sob os painéis sofre menos carga térmica extrema do que sob coberturas metálicas expostas.

O que isto pode significar para agricultores e promotores

Se sistemas como o RearCPVbif alcançarem maturidade comercial, poderão mudar a forma como os promotores solares encaram o solo rural em regiões ricas em sol como a Andaluzia, a Califórnia ou o sul de Itália. Em vez de deslocar culturas, os promotores poderiam negociar arrendamentos de longo prazo em que exploração agrícola e central solar funcionam em conjunto.

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

Em vez de pagar renda por campos perdidos, os agricultores poderiam obter dois rendimentos no mesmo hectare: um da colheita, outro da eletricidade.

O desempenho no mundo real dependerá de uma seleção cuidada de culturas e do desenho do sistema. Folhosas, bagas e certas ervas aromáticas podem prosperar sob luz filtrada. Cereais e árvores de fruto que exigem sol intenso podem necessitar de maior espaçamento entre filas ou estruturas mais altas para evitar penalizações de produtividade.

Questões que ainda precisam de resposta

Como em qualquer conceito promissor de laboratório, permanecem vários obstáculos antes de painéis agrivoltaicos deste tipo se tornarem uma visão comum sobre linhas de tomate ou jovens oliveiras.

• Custo da ótica: concentradores traseiros e células bifaciais acrescentam complexidade. Os fabricantes terão de demonstrar que os quilowatt-hora extra compensam o aumento da lista de materiais.
• Durabilidade: componentes óticos precisam de resistir a poeiras, humidade, granizo e limpeza ao longo de décadas em explorações agrícolas ativas.
• Acesso para manutenção: os agricultores precisam de espaço para tratores, máquinas de colheita e sistemas de rega, o que condiciona o layout dos arrays.
• Regulação: regras de planeamento e subsídios agrícolas na Europa e noutros locais ainda assumem, na maioria, que um campo ou produz culturas ou acolhe solar - não ambos.

Como avaliar o potencial agrivoltaico numa exploração real

Para proprietários que considerem estes sistemas no futuro, algumas verificações básicas já podem orientar a análise, mesmo antes de esta tecnologia específica estar totalmente comercializada.

• Medir a radiação solar média e a temperatura ao longo da estação de crescimento.
• Identificar que culturas da exploração toleram sombra parcial ou coberturas mais frescas.
• Modelar diferentes densidades de painéis, visando pelo menos 60% de transmitância fotossintética onde os rendimentos altos são mais importantes.
• Simular poupanças de água por redução da evaporação e compará-las com qualquer alteração esperada no rendimento.

Simulações simples mostram que, em locais quentes com forte insolação, uma queda moderada na luz direta pode por vezes ser compensada por menor stress térmico e poupança de água, sobretudo em horticultura de alto valor. Ao combinar isto com um fluxo fiável de receitas de eletricidade, o cenário financeiro muda para parcelas marginais ou sujeitas a seca.

Para planeadores energéticos, desenhos agrivoltaicos como o de Jaén alargam o conjunto de locais onde é possível instalar solar. Parques de estacionamento e telhados continuarão a ser importantes. Ainda assim, arrays semitransparentes e bifaciais sobre culturas permitem aumentar capacidade solar dentro de zonas agrícolas existentes, em vez de empurrar a agricultura para fora ou para terrenos menos adequados. Em regiões pressionadas tanto pela alteração climática como por metas energéticas, este modelo de sol partilhado pode passar gradualmente de ensaios experimentais para uma opção padrão quando se desenha a próxima geração de infraestruturas rurais.