RearCPVbif: painéis solares semitransparentes para agrivoltaica em Jaén

Ao longo do sul de Espanha, está a surgir um novo tipo de painel solar que, sem grande alarido, está a mudar a forma como se decide quem pode “usar” o sol.

Em vez de obrigar a escolher entre produzir alimentos e produzir energia, investigadores em Jaén dizem ter encontrado uma forma de partilhar a luz. Os seus painéis de protótipo conseguem gerar quantidades relevantes de electricidade e, ao mesmo tempo, deixar 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 europeia esbarra num facto simples e difícil de contornar: o solo é limitado. A União Europeia pretende que, até 2030, pelo menos 30% da energia provenha de fontes renováveis e quer alcançar a neutralidade climática até 2050. A solar fotovoltaica à escala utilitária é uma peça-chave desse plano, impulsionada pela redução de custos dos módulos e pelo forte aumento de fabrico vindo da China.

No entanto, à medida que os projectos crescem, os conflitos locais também aumentam. Os promotores procuram terrenos planos e muito soalheiros. Os agricultores olham para as mesmas parcelas e vêem o seu sustento. E as comunidades tendem a reagir quando filas de painéis substituem pomares ou pastagens. Em algumas zonas, o confronto “solar versus alimento” passou a ser tema recorrente.

É neste contexto que a agrivoltaica ganhou espaço. Em vez de afastar a actividade agrícola, os sistemas agrivoltaicos elevam os painéis ou aumentam os espaçamentos para que culturas, gado ou colmeias partilhem a mesma área. Plantas tolerantes à sombra podem beneficiar de microclimas mais frescos e de menor evaporação. Ovelhas pastam sob as estruturas e ajudam a controlar a vegetação, e apicultores aproveitam os locais para alimentação das abelhas.

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

A grande dificuldade técnica surge quando os painéis ficam directamente sobre as culturas. Os módulos convencionais, opacos, bloqueiam a maior parte da luz solar, o que pode abrandar o crescimento, deformar plantas ou reduzir produções. Existem painéis semitransparentes, mas, na prática, costumam sacrificar demasiado rendimento eléctrico para convencer agricultores e investidores.

A abordagem da equipa de Jaén para 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. O sistema chama-se RearCPVbif, abreviatura de “Rear Concentrator Photovoltaic bifacial”. O nome não é dos mais elegantes, mas o conceito é claro: deixar passar luz para as plantas e, em paralelo, recuperar uma parte da radiação que normalmente se perderia.

O que torna o RearCPVbif diferente

• Utiliza células solares bifaciais, capazes de produzir energia tanto pela face frontal como pela traseira.
• Integra concentradores ópticos na parte posterior, que redireccionam luz reflectida e dispersa para a face traseira das células.
• Mantém elevada transparência óptica, para que continue a chegar luz suficiente às culturas no solo.

Na maioria das soluções de FV semitransparente (frequentemente designadas por STPV), aumenta-se a passagem de luz reduzindo material activo ou criando microaberturas, o que melhora a transparência mas baixa a produção eléctrica. A proposta de Jaén procura outra troca: conservar a transparência e extrair electricidade adicional a partir da luz que circula e se reflecte atrás do painel.

"Os investigadores indicam um factor de transparência em torno de 60%, um valor normalmente considerado aceitável para muitas culturas hortícolas."

Esse valor de 60% é determinante. Estudos agronómicos sugerem que muitos vegetais começam a ressentir-se quando a transmissão média de luz desce muito abaixo desse patamar. Acima dele, algumas espécies conseguem manter fotossíntese próxima do normal, sobretudo se a gestão de temperatura e humidade for adequada.

Dois indicadores de luz decisivos para culturas e energia

Para avaliar se um painel pode ficar sobre culturas sem comprometer a produção, engenheiros e agrónomos passaram a olhar para dois números, e não apenas para a potência de pico (watt-pico) do módulo.

• Transmitância visível média (AVT): a fracção de luz visível que atravessa o painel.
• Transmitância fotossintética média (APT): a fracção, nas gamas de comprimento de onda efectivamente usadas pelas plantas, que chega às folhas.

A equipa de Jaén trabalhou com ambos. Para as culturas, a APT é mais importante do que a energia solar total. As plantas dependem sobretudo da chamada radiação fotossinteticamente activa (PAR), aproximadamente entre 400–700 nanómetros. Se um painel bloquear demasiado essa faixa, a produtividade desce mesmo que continue a passar muito infravermelho ou ultravioleta.

Trabalhos anteriores em estufas e redes de sombreamento colocam o limite inferior para um crescimento confortável das culturas perto de 60% de transmissão na gama PAR, variando com a espécie. O sistema RearCPVbif foi concebido tendo esse referencial como base.

Parâmetro	FV opaco convencional	FV semitransparente típico	Conceito RearCPVbif
Luz que chega às culturas	Baixa (muitas vezes <20%)	Média (40–70%)	Cerca de 60% como objectivo
Produção eléctrica por área	Alta	Média a baixa	Média, reforçada por concentradores traseiros
Adequação às culturas	Limitada	Selectiva	Pensado para uma ampla gama de horticultura

Onde está hoje a energia solar “transparente”

De um modo geral, a indústria fotovoltaica tem perseguido a transparência por duas vias.

• Painéis semitransparentes não selectivos, que afinam as camadas absorventes ou criam lacunas microscópicas no material activo. Deixam entrar mais luz, mas ao longo de grande parte do espectro, e normalmente sofrem uma quebra significativa de eficiência eléctrica.
• Painéis selectivos por comprimento de onda, que procuram absorver sobretudo radiação ultravioleta e infravermelho próximo, deixando passar a luz visível. Assim, as plantas recebem muito do que precisam, enquanto o painel trabalha com partes do espectro que o olho humano não utiliza.

A proposta de Jaén aproxima-se mais do segundo grupo, mas introduz um elemento adicional com os seus concentradores ópticos traseiros. A ideia é aproveitar raios que atravessam o módulo na primeira passagem, são reflectidos pelo solo ou pelas plantas e, depois, atingem a face posterior do painel. Como as células são bifaciais, essa luz reflectida pode transformar-se em electricidade extra.

"Em vez de disputar cada fotão apenas na superfície frontal, o sistema recolhe a luz de segunda oportunidade que a exploração agrícola teria simplesmente reflectido de volta para o céu."

Este tipo de arquitectura também combina de forma natural com solos mais claros e reflectores ou com coberturas de solo (mulching) de cor clara, que aumentam a luz disponível para o lado traseiro das células.

Manter as culturas mais frescas enquanto os painéis produzem

O calor é outra limitação quando se suspende fotovoltaico sobre culturas. Um “tecto” de vidro quente pode reter ar aquecido e criar um efeito de estufa indesejado. Em paralelo, temperaturas elevadas nos painéis degradam o desempenho eléctrico, reduzindo a eficiência das células.

O estudo de Jaén acompanhou o comportamento térmico e verificou que a temperatura das células se manteve abaixo de cerca de 70 °C. Isso ajuda a evitar as perdas de desempenho mais severas e diminui o risco de sobreaquecimento da camada de ar imediatamente abaixo dos módulos. Para quem produz, este controlo pode contribuir para que o desenvolvimento das plantas se mantenha mais próximo do habitual, em vez de entrar em stress.

• Painéis mais frescos tendem a manter produção mais estável durante vagas de calor no Verão.
• Temperaturas do ar mais moderadas reduzem a queda de flores e danos nos frutos em culturas sensíveis.
• Animais sob os painéis ficam expostos a menos extremos térmicos do que sob coberturas metálicas nuas.

O que isto pode significar para agricultores e promotores

Se sistemas como o RearCPVbif chegarem a maturidade comercial, podem alterar a forma como os promotores solares encaram o solo rural em regiões muito soalheiras como a Andaluzia, a Califórnia ou o sul de Itália. Em vez de substituir culturas, pode tornar-se mais viável celebrar arrendamentos de longo prazo onde exploração agrícola e central fotovoltaica funcionem em conjunto.

Do lado do agricultor, uma cobertura semitransparente pode amortecer alguns riscos climáticos. A sombra parcial pode reduzir o stress térmico em períodos quentes cada vez mais frequentes. As estruturas podem diminuir a velocidade do vento ao nível do solo e baixar a evaporação. Onde a água é escassa ou cara, isso pode traduzir-se em maior estabilidade de produção.

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

O desempenho em condições reais dependerá de escolhas cuidadas de culturas e de desenho do sistema. Folhosas, pequenos frutos e determinadas ervas aromáticas podem adaptar-se bem à 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 penalizações na produção.

Questões que ainda precisam de resposta

Como em qualquer conceito promissor de laboratório, continuam a existir obstáculos antes de painéis agrivoltaicos deste tipo se tornarem comuns sobre linhas de tomateiro ou jovens oliveiras.

• Custo da óptica: concentradores traseiros e células bifaciais aumentam a complexidade. Os fabricantes têm de demonstrar que os quilowatt-hora adicionais compensam a subida na lista de materiais.
• Durabilidade: os componentes ópticos têm de resistir a poeiras, humidade, granizo e limpezas durante décadas em explorações em actividade.
• Acesso para manutenção: é necessário espaço para tractores, máquinas de colheita e rega, o que condiciona a implantação das fileiras.
• Regulamentação: regras de licenciamento e apoios agrícolas, na Europa e noutros locais, ainda assumem muitas vezes que um terreno ou produz culturas ou acolhe solar - não ambos.

Como avaliar o potencial agrivoltaico numa exploração real

Para proprietários que, no futuro, ponderem sistemas deste género, já existem verificações simples que ajudam a orientar o raciocínio, mesmo antes desta tecnologia específica estar plenamente comercializada.

• Medir a radiação solar média e a temperatura ao longo da época de crescimento.
• Identificar quais as culturas da exploração que toleram sombra parcial ou coberturas mais frescas.
• Modelar diferentes densidades de painéis, apontando para pelo menos 60% de transmitância fotossintética nas áreas onde a produtividade é mais crítica.
• Simular poupanças de água por menor evaporação e compará-las com qualquer alteração esperada na produção.

Simulações simples mostram que, em locais quentes e com forte insolação, uma redução moderada de luz directa pode, por vezes, ser compensada por menor stress térmico e por poupanças de água, sobretudo na horticultura de maior valor. Ao acrescentar uma receita eléctrica previsível, o enquadramento financeiro muda para parcelas marginais ou mais vulneráveis à seca.

Para quem planeia a energia, desenhos agrivoltaicos como o de Jaén alargam o leque de sítios aptos para receber solar. Estacionamentos e coberturas continuarão a ser relevantes. Ainda assim, sistemas bifaciais semitransparentes sobre culturas permitem aumentar capacidade dentro de zonas agrícolas existentes, sem empurrar a agricultura para fora ou para terras menos adequadas. Em regiões pressionadas simultaneamente pelas metas energéticas e pelas alterações climáticas, este modelo de sol partilhado pode passar, gradualmente, de ensaio experimental a opção standard quando se projecta a próxima geração de infra-estruturas rurais.

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