Painéis solares semitransparentes RearCPVbif da Universidade de Jaén para agrivoltaica

Em todo o sul de Espanha, um novo tipo de painel solar está, discretamente, a mudar as regras sobre quem pode aproveitar o sol.

Em vez de obrigar a escolher entre produzir alimentos ou gerar energia, investigadores em Jaén dizem ter encontrado uma forma de partilhar a luz. Os seus painéis protótipo produzem quantidades relevantes de electricidade e, ao mesmo tempo, deixam passar luz suficiente para manter hortícolas e árvores de fruto vivas e produtivas.

Como as centrais solares começaram a chocar com as terras agrícolas

A transição energética europeia esbarra num facto simples e teimoso: o solo disponível é limitado. A União Europeia pretende que, até 2030, pelo menos 30% da energia venha de fontes renováveis e aponta para a neutralidade climática em 2050. A energia solar fotovoltaica à escala utilitária é uma peça central dessa estratégia, impulsionada pela descida do preço dos módulos e por uma vaga de fabrico proveniente da China.

No entanto, à medida que os projectos aumentam de dimensão, crescem também os conflitos no terreno. Os promotores procuram parcelas planas e muito soalheiras. Os agricultores olham para as mesmas parcelas e vêem nelas o seu sustento. As comunidades locais reagem quando fileiras de painéis substituem pomares ou pastagens. Em algumas zonas, o confronto entre energia solar e produção alimentar tornou-se tema recorrente nas notícias.

É precisamente aí que a agrivoltaica tem ganho espaço. Em vez de afastar a agricultura, os sistemas agrivoltaicos elevam os painéis ou espaçam-nos, 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, enquanto apicultores aproveitam os parques solares como zonas de forrageamento.

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

O desafio técnico mais difícil surge quando os painéis ficam directamente sobre as culturas. Os módulos opacos convencionais bloqueiam grande parte da luz, o que pode atrasar o crescimento, deformar plantas ou reduzir a produção. Existem painéis semitransparentes, mas, regra geral, sacrificam demasiada potência eléctrica para satisfazer agricultores e investidores.

A inovação da equipa de Jaén na 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. O sistema chama-se RearCPVbif, abreviatura de “Concentrador Traseiro Fotovoltaico Bifacial”. O nome é pouco prático, mas o conceito é simples: permitir a passagem de luz para as plantas, recuperando ao mesmo tempo uma parte da radiação que, de outra forma, se perderia.

O que distingue o RearCPVbif

• 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 o verso das células.
• Mantém uma transparência óptica elevada, garantindo que chega luz suficiente às culturas por baixo.

A maioria da fotovoltaica semitransparente (frequentemente designada por STPV) limita-se a espaçar o material activo ou a recorrer a camadas mais finas, o que aumenta a transmissão luminosa, mas reduz a produção eléctrica. A solução de Jaén procura outro equilíbrio: conserva a transparência e extrai electricidade adicional a partir da luz que circula e se reflecte atrás do painel.

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

Este valor de 60% é determinante. 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 quando a temperatura e a humidade são bem geridas.

Duas métricas de luz essenciais para culturas e energia

Para avaliar se um painel pode ser instalado com segurança por cima das culturas, engenheiros e agrónomos tendem hoje a olhar para dois indicadores - e não apenas para a potência de pico (watt-pico) indicada na placa do módulo.

• Transmitância visível média (AVT): a fracção de luz visível que atravessa o painel.
• Transmitância fotossintética média (APT): a fracção de luz, nos comprimentos de onda efectivamente utilizados na fotossíntese, que chega às folhas.

A equipa de Jaén trabalhou com ambos os parâmetros. Do ponto de vista agrícola, a APT é mais relevante 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 esta faixa, a produtividade cai, mesmo que passe bastante infravermelho ou ultravioleta.

Trabalhos anteriores sobre estufas e redes de sombreamento apontam, para muitas espécies, um limite inferior de conforto de cerca de 60% de transmissão na gama PAR. O sistema RearCPVbif foi desenhado com esse referencial em mente.

Parâmetro	FV opaca convencional	FV semitransparente típica	Conceito RearCPVbif
Luz que chega às culturas	Baixa (frequentemente <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	Pensada para uma vasta gama de horticultura

Onde está hoje a energia solar “transparente”

A indústria fotovoltaica tem procurado transparência essencialmente por dois caminhos.

• Painéis semitransparentes não selectivos, que afinam as camadas absorventes ou criam microaberturas no material activo. Deixam passar mais luz, mas ao longo de grande parte do espectro, e costumam sofrer uma forte quebra 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 grande parte do que precisam, enquanto o painel trabalha em porções do espectro que não são usadas pela visão humana.

O desenho de Jaén aproxima-se do segundo grupo, mas acrescenta um elemento adicional: concentradores ópticos traseiros. A intenção é captar raios que atravessam o painel na primeira passagem, reflectem no solo ou na cultura e voltam a incidir na face posterior do módulo. Como as células são bifaciais, conseguem converter essa luz reflectida em electricidade extra.

"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 reflectido de volta para o céu."

Esta abordagem combina-se de forma natural com solos claros e reflectores, ou com coberturas de solo (mulch) de cor clara, que aumentam a luz disponível para o verso das células.

Manter as culturas frescas enquanto os painéis produzem

O calor é outra limitação quando se instalam módulos solares sobre as culturas. Uma “cobertura” de vidro demasiado quente pode reter ar quente e criar um efeito de estufa indesejado. Além disso, temperaturas elevadas nos painéis prejudicam o desempenho eléctrico, reduzindo a eficiência das células.

O estudo de Jaén acompanhou o comportamento térmico e verificou que as temperaturas das células se mantiveram abaixo de cerca de 70 °C. Este nível evita as perdas de desempenho mais severas e reduz o risco de sobreaquecimento da camada de ar imediatamente sob os módulos. Para os agricultores, este controlo ajuda a manter o desenvolvimento das plantas dentro de padrões mais previsíveis, em vez de induzir stress.

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

O que isto pode significar para agricultores e promotores

Se soluções como o RearCPVbif alcançarem maturidade comercial, podem alterar a forma como os promotores solares encaram o solo rural em regiões com muito sol, como a Andaluzia, a Califórnia ou o sul de Itália. Em vez de substituir culturas, torna-se possível negociar contratos de arrendamento de longo prazo em que exploração agrícola e parque fotovoltaico funcionam em conjunto.

Do lado do agricultor, uma cobertura semitransparente pode atenuar alguns riscos climáticos. A sombra parcial ajuda a limitar o stress térmico durante períodos quentes cada vez mais frequentes. Os painéis podem ainda reduzir a velocidade do vento ao nível do solo e diminuir a evaporação. Onde a água é escassa ou cara, isso pode contribuir para estabilizar a produção.

"Em vez de pagar 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 uma selecção cuidadosa das culturas e de um desenho adequado 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 necessitar de maior espaçamento entre filas ou de estruturas mais elevadas para evitar perdas de produtividade.

Perguntas que ainda precisam de resposta

Como em qualquer conceito promissor em fase de laboratório, há obstáculos a ultrapassar antes de se ver este tipo de painel agrivoltaico sobre linhas de tomateiro ou pequenas oliveiras.

• Custo da óptica: concentradores traseiros e células bifaciais acrescentam complexidade. Será necessário provar que os quilowatt-hora adicionais compensam o aumento na lista de materiais.
• Durabilidade: os componentes ópticos têm de resistir a poeiras, humidade, granizo e operações de limpeza durante décadas em ambiente agrícola.
• Acesso para manutenção: os agricultores precisam de espaço para tractores, máquinas de colheita e sistemas de rega, o que condiciona o layout das estruturas.
• Regulação: regras de licenciamento e subsídios agrícolas na Europa e noutros locais ainda assumem, na maioria dos casos, que um terreno ou produz culturas ou aloja energia solar - não ambos.

Como avaliar o potencial agrivoltaico numa exploração real

Para proprietários que ponderem, no futuro, adoptar sistemas deste tipo, alguns critérios simples já podem orientar a decisão, 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 a produtividade é mais crítica.
• Simular a poupança de água devido à redução da evaporação e compará-la com qualquer alteração esperada no rendimento.

Simulações simples indicam que, em locais quentes e com muita luz, uma redução moderada de radiação directa pode, por vezes, ser compensada por menor stress térmico e por poupança de água - sobretudo em horticultura de elevado valor. Se a isso se juntar uma receita estável da venda de electricidade, o enquadramento económico muda, especialmente em parcelas marginais ou vulneráveis à seca.

Para os planeadores energéticos, soluções agrivoltaicas como a proposta em Jaén ampliam o leque de locais possíveis para instalar solar. Parques de estacionamento e telhados continuarão a ser importantes. Ainda assim, estruturas semitransparentes e bifaciais sobre culturas permitem aumentar a capacidade solar dentro de zonas agrícolas já existentes, em vez de empurrar a agricultura para fora ou para solos menos adequados. Em regiões pressionadas tanto pelas metas energéticas como pelas alterações climáticas, este modelo de partilha do sol pode passar, gradualmente, de ensaio experimental a opção padrão quando se desenha a próxima geração de infra-estruturas rurais.