Painéis solares semi-transparentes RearCPVbif de Jaén podem mudar a agrivoltaica

No sul de Espanha, está a ganhar forma um tipo de painel solar que, discretamente, está a mudar as regras sobre quem pode tirar partido do sol.

Em vez de obrigar a escolher entre produzir alimentos ou gerar electricidade, investigadores de Jaén dizem ter encontrado uma forma de partilhar a luz solar. Os painéis protótipo produzem quantidades relevantes de energia e, ao mesmo tempo, 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 europeia esbarra num facto simples e teimoso: o solo é finito. A União Europeia quer que, até 2030, pelo menos 30% da energia venha de fontes renováveis e pretende alcançar a neutralidade climática até 2050. A energia solar fotovoltaica de grande escala é central nesse plano, impulsionada por módulos mais baratos e por uma vaga de fabrico proveniente da China.

Mas, à medida que os projectos crescem, multiplicam-se os conflitos no terreno. Os promotores procuram campos planos e soalheiros. Os agricultores olham para os mesmos campos e vêem o seu sustento. As comunidades locais reagem quando fileiras de painéis substituem pomares ou pastagens. Em certas regiões, “solar versus comida” tornou-se um tema recorrente nas notícias.

É nesse contexto que a agrivoltaica ganhou força. Em vez de empurrar as explorações agrícolas para fora, os sistemas agrivoltaicos elevam os painéis ou aumentam os espaçamentos, permitindo 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, enquanto apicultores usam locais solares como zonas de pastoreio.

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

A dificuldade técnica maior surge quando os painéis ficam directamente sobre as culturas. Os módulos opacos convencionais bloqueiam grande parte da luz, o que pode abrandar o crescimento, deformar as plantas ou reduzir as produções. Existem painéis semi-transparentes, mas, regra geral, sacrificam demasiada produção eléctrica para satisfazer agricultores e investidores.

A abordagem da equipa de Jaén à energia solar semi-transparente

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 ajuda, mas o conceito é simples: deixar passar luz para as plantas e, ao mesmo tempo, recuperar uma parte da radiação que, de outro modo, se perderia.

O que torna o RearCPVbif diferente

• Usa células solares bifaciais, capazes de produzir energia tanto pela face frontal como pela face traseira.
• Integra concentradores ópticos na parte posterior, que redireccionam luz reflectida e dispersa para o lado de trás das células.
• Mantém elevada transparência óptica, garantindo que chega luz suficiente às culturas por baixo.

A maioria da fotovoltaica semi-transparente (muitas vezes designada por STPV) limita-se a espaçar o material activo ou a usar camadas mais finas: deixa passar mais luz, mas reduz a produção eléctrica. A proposta de Jaén tenta um compromisso diferente: preservar a transparência e extrair electricidade adicional a partir da luz que circula e se reflecte atrás do painel.

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

Este valor de 60% é decisivo. Estudos agronómicos indicam que muitas hortícolas começam a ter dificuldades quando a transmissão média de luz desce muito abaixo desse patamar. Acima dele, algumas espécies conseguem manter uma fotossíntese próxima do normal, sobretudo se a temperatura e a humidade forem bem geridas.

Duas métricas de luz essenciais para culturas e electricidade

Para avaliar se um painel pode estar sobre culturas sem as comprometer, engenheiros e agrónomos passaram a olhar para dois indicadores - e não apenas para a potência pico indicada na placa.

• Transmitância visível média (AVT): a fracção de luz visível que atravessa o painel.
• Transmitância fotossintética média (APT): a fracção de luz, nas bandas que as plantas efectivamente usam na fotossíntese, 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 de comprimento de onda. Se um painel bloquear demasiado esta faixa, as produções caem mesmo que ainda passe muita radiação infravermelha ou ultravioleta.

Estudos anteriores em estufas e redes de sombreamento colocam o limite inferior para um crescimento confortável em cerca de 60% de transmissão na gama PAR, consoante a espécie. O sistema RearCPVbif foi concebido com essa referência.

Parâmetro	FV opaca convencional	FV semi-transparente típica	Conceito RearCPVbif
Luz que chega às culturas	Baixa (muitas vezes <20%)	Média (40–70%)	Cerca de 60% como alvo
Produção eléctrica por área	Alta	Média a baixa	Média, reforçada por concentradores traseiros
Adequação às culturas	Limitada	Selectiva	Pensado para uma vasta gama de horticultura

Onde está hoje a energia solar “transparente”

A indústria fotovoltaica, no seu conjunto, tem perseguido a transparência por duas vias principais.

• Painéis semi-transparentes não selectivos, que afinam as camadas absorventes ou abrem micro-frestas no material activo. Estes módulos deixam passar mais luz, mas em todo o espectro, e geralmente sofrem uma queda acentuada na eficiência eléctrica.
• Painéis selectivos por comprimento de onda, que procuram absorver sobretudo radiação ultravioleta e infravermelha próxima, deixando a luz visível atravessar. Assim, as plantas recebem grande parte do que precisam, enquanto o painel trabalha com porções do espectro que os olhos humanos não utilizam.

O desenho de Jaén aproxima-se do segundo grupo, mas acrescenta um elemento extra: os concentradores ópticos na parte posterior. O objectivo é aproveitar os raios que passam na primeira travessia, reflectem no solo ou na própria cultura e voltam a atingir a traseira do módulo. Como as células são bifaciais, conseguem converter essa luz reflectida em electricidade adicional.

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

Esta lógica também combina bem com solos mais claros e reflectores ou com coberturas do solo (mulching) de cor clara, que aumentam a luz disponível para o lado traseiro das células.

Manter as culturas mais frescas enquanto os painéis trabalham

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

O estudo de Jaén acompanhou o comportamento térmico e concluiu que as temperaturas das células se mantiveram abaixo de cerca de 70 °C. Este nível evita as perdas de desempenho mais severas e diminui o risco de sobreaquecimento da camada de ar imediatamente sob os módulos. Para os agricultores, este controlo ajuda a manter o desenvolvimento das plantas mais próximo do habitual, em vez de as empurrar para situações de stress.

• Painéis mais frescos mantêm uma 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 carga térmica extrema do que sob coberturas metálicas sem protecção.

O que isto pode significar para agricultores e promotores

Se sistemas como o RearCPVbif chegarem à maturidade comercial, podem alterar 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 substituir culturas, poderá ser mais fácil negociar arrendamentos de longo prazo onde exploração agrícola e central operem em conjunto.

Do ponto de vista do agricultor, uma cobertura semi-transparente pode atenuar alguns riscos climáticos. A sombra parcial limita o stress térmico durante episódios de calor cada vez mais frequentes. Os painéis podem reduzir a velocidade do vento ao nível do solo e baixar a evaporação. Onde a água é escassa ou cara, isso pode estabilizar produções.

"Em vez de pagarem renda por campos perdidos, os agricultores poderiam receber dois rendimentos do mesmo hectare: um da colheita, outro da electricidade."

O desempenho em condições reais dependerá de escolhas criteriosas de culturas e do desenho do sistema. Folhosas, bagas e certas ervas aromáticas podem desenvolver-se bem com luz filtrada. Já cereais e árvores de fruto muito exigentes em sol podem precisar de maior espaçamento entre linhas ou de estruturas mais altas para evitar penalizações na produção.

Questões que ainda precisam de resposta

Como acontece com qualquer conceito promissor de laboratório, há vários obstáculos antes de painéis agrivoltaicos deste tipo se tornarem comuns sobre linhas de tomateiro ou sobre novas plantas de oliveira.

• Custo da óptica: os concentradores traseiros e as células bifaciais aumentam a complexidade. Será necessário demonstrar que os quilowatt-hora extra compensam o acréscimo na lista de materiais.
• Durabilidade: componentes ópticos têm de resistir a pó, humidade, granizo e limpezas ao longo de décadas em explorações em funcionamento.
• Acesso para manutenção: é necessário espaço para tractores, máquinas de colheita e sistemas de rega, o que condiciona o desenho das fileiras.
• Regulação: regras de licenciamento e subsídios agrícolas na Europa e noutros locais continuam, em grande medida, a assumir que um terreno ou produz culturas ou acolhe solar - não ambos.

Como avaliar o potencial agrivoltaico numa exploração real

Para proprietários que venham a considerar estes sistemas, alguns controlos simples 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 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 onde as produções elevadas forem mais importantes.
• Simular a poupança de água por menor evaporação e compará-la com qualquer alteração esperada na produção.

Simulações simples indicam que, em locais muito quentes e com elevada insolação, uma redução moderada da luz directa pode, por vezes, ser compensada por menor stress térmico e por poupanças de água - sobretudo em horticultura de elevado valor. Se a isso se juntar uma receita fiável de electricidade, o enquadramento financeiro muda para parcelas marginais ou sujeitas a seca.

Para quem planeia a energia, desenhos agrivoltaicos como o de Jaén alargam o conjunto de locais possíveis para instalar solar. Parques de estacionamento e telhados continuarão a ser relevantes. Ainda assim, estruturas bifaciais semi-transparentes sobre culturas permitem aumentar capacidade dentro de zonas agrícolas existentes, em vez de empurrar a agricultura para fora ou para solos menos adequados. Em regiões pressionadas simultaneamente pelas metas energéticas e pelas alterações climáticas, este modelo de sol partilhado pode passar, gradualmente, de ensaios experimentais a uma opção habitual na concepção da próxima geração de infra-estruturas rurais.

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