El proyecto de investigación ‘VAckerBio: Agrofotovoltaica vertical en la agricultura’, coordinado por el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (ISE) de Alemania, ha dirigido sus esfuerzos durante cerca de un año al análisis de los efectos de los sistemas fotovoltaicos sobre el uso de la tierra agrícola y la biodiversidad mediante comparaciones entre los sistemas agrovoltaicos verticales y los fotovoltaicos montados sobre suelo. Los investigadores esperan que los resultados del proyecto puedan servir como orientación en la evaluación ecológica y agrícola de los futuros sistemas fotovoltaicos situados en cultivos herbáceos.
El objetivo general del proyecto de investigación era desarrollar de forma sostenible la energía agrovoltaica en tierras cultivables como elemento básico para paisajes multifuncionales. En este sentido, la energía agrovoltaica da espacio a la biodiversidad y, al mismo tiempo, contribuye a la producción agrícola y energética nacional. Para ello, los investigadores han analizado los efectos de los sistemas fotovoltaicos verticales a nivel del suelo en tierras cultivables.
Como parte del proyecto de investigación, los expertos de VAckerBio documentaron el microclima, la calidad del suelo, el crecimiento de los cultivos y las poblaciones de insectos beneficiosos. La evaluación de estos conceptos ofrece una orientación inicial para evaluar posibles sinergias cuando se utilizan sistemas fotovoltaicos verticales a nivel del suelo en la agricultura. Sobre esta base, se han identificado potenciales y necesidades de optimización en la energía agrovoltaica.
VAckerBio ha contado con financiación del Ministerio Federal de Economía y Acción por el Clima del Gobierno de Alemania, así como con la participación de la Universidad de Hohenheim (Stuttgart, Alemania) y Next2Sun Technology GmbH, empresa especializada en sistemas fotovoltaicos verticales.
Compatibilización del suelo agrícola y las instalaciones fotovoltaicas verticales
Los objetivos nacionales y europeos de alcanzar la neutralidad climática obligan a una mayor expansión de las energías renovables, lo que, a su vez, puede provocar conflictos en el uso del suelo. Para reducir la presión sobre las tierras agrícolas, la energía agrovoltaica se erige como una solución para combinar la producción de alimentos y energía en la misma tierra. La agrovoltaica puede tener un impacto positivo en los rendimientos agrícolas, especialmente en años secos y calurosos.
Sin embargo, los sistemas agrovoltaicos deben cumplir requisitos técnicos más exigentes que los sistemas fotovoltaicos convencionales montados sobre suelo para cumplir con los requerimientos de la producción agrícola y, a su vez, explotar posibles sinergias entre la producción de energía y la agricultura.
En este contexto, la agrofotovoltaica vertical pretende servir como fuente de energía renovable, siendo probado y respaldado científicamente como un sistema de aplicación multifuncional en la agricultura. Por ello, además de los aspectos de los cultivos relacionados con un microclima modificado, los expertos también tuvieron en cuenta los efectos sobre la biodiversidad.
Los prototipos anteriores de sistemas fotovoltaicos agrícolas montados en altura en cultivos herbáceos se enfrentaron a una serie de desafíos. Por ejemplo, el goteo en los bordes de los módulos fotovoltaicos podrían tener un impacto negativo en el suelo y los cultivos al provocar la erosión del suelo después de fuertes lluvias. Al utilizar instalaciones fotovoltaicas verticales, estos problemas se pueden reducir porque los módulos fotovoltaicos no cubren completamente el área cultivada, sino que están dispuestos verticalmente, lo que hace posible el cultivo entre hileras.
Afectación en el microclima y la biodiversidad del entorno de los sistemas agrovoltaicos
En primer lugar, los investigadores examinaron la influencia de la energía fotovoltaica vertical a nivel del suelo sobre el desarrollo de las plantas y el microclima, así como la planificación e implementación de un concepto de monitoreo para registrar parámetros microclimáticos relevantes. Los datos recopilados fueron utilizados para comprender los cambios observados en el desarrollo fenológico, el rendimiento o la calidad de los cultivos en función del microclima. En el futuro, los datos se compararán con datos de otros sistemas fotovoltaicos.
A partir de investigaciones actuales sobre los cambios microclimáticos en sistemas agrofotovoltaicos, se recogieron los parámetros a registrar. Luego, se compararon con el concepto experimental agrícola y se determinó la composición de los sensores y su posición. A continuación, los expertos se centraron en analizar el impacto del microclima del sistema agrofotovoltaico en el desarrollo de las plantas. Para ello, se analizó la heterogeneidad del sistema fotovoltaico dentro de un cultivo en comparación con un área de cultivo de referencia.
Para investigar esta cuestión, se desarrolló un diseño experimental para el sistema agrovoltaico y el área de referencia. Para capturar la heterogeneidad de la instalación agrovoltaica, los parámetros de rendimiento y crecimiento de las plantas se midieron cada dos semanas durante el período de crecimiento principal en cinco posiciones entre las filas de módulos fotovoltaicos. Después, realizaron investigaciones sobre conceptos de uso de las franjas no cultivadas bajo la serie de módulos fotovoltaicos, y examinaron conceptos de uso experimental para promover la biodiversidad.
En concreto, el impacto de la estructura agrofotovoltaica sobre la biodiversidad de los escarabajos terrestres en comparación con el área de referencia se determinó mediante trampas Barber. Para ello, se colocaron tres trampas por franja de cultivo y se analizó la biomasa capturada. Por último, la atención de los investigadores se centró en los posibles efectos de la sinergia entre la energía fotovoltaica y el uso agrícola.
Resultados de VAckerBio
Los objetivos del proyecto se alcanzaron en gran medida, aunque la concepción y la instalación del sistema de monitoreo, así como la creación de las franjas florales, sufrieron retrasos debido a la sequía que sufrió la zona de Donaueschingen-Asen (Alemania) en la primavera de 2023. En la temporada 2022/23 se cultivaron tres tipos de cereales y se implementaron dos conceptos de uso de submódulos, con lo que se superaron incluso los requisitos legales.
Para registrar las condiciones microclimáticas se realizó un seguimiento integral con 42 sensores. Así, los expertos observaron que las plantas responden a la reducción de la disponibilidad de luz aumentando el crecimiento, siendo la franja oriental de paneles fotovoltaicos la que tiene el mayor efecto. También se observó un retraso temporal en el desarrollo de los cultivos de avena bajo el sistema agrovoltaico, pero esta cuestión se resolvió en la cosecha.
Por su parte, los estudios de biodiversidad mostraron resultados comparables del sistema agrovoltaico a los de la zona de referencia para el cultivo de avena. No obstante, la promoción de la biodiversidad a través de una mayor heterogeneidad en el sistema agrovoltaico y la creación específica de franjas florales requieren un análisis más profundo, según señalan los investigadores. Los principales conocimientos se obtuvieron con respecto a la variabilidad del rendimiento y sus factores influyentes, la presión de las malezas, el establecimiento de franjas florales y los efectos sobre la biodiversidad.
En general, el proyecto VAckerBio ha sentado una base importante sobre la energía agrovoltaica mediante el desarrollo de especificaciones para el procesamiento agrícola y protocolos de prueba. El concepto de monitorización creado en este proyecto mediante la implementación de sensores en el sistema fotovoltaico vertical en la región alemana de Donaueschingen-Aasen también servirá como base para futuras investigaciones.
Futuras investigaciones agrovoltaicas
De forma paralela a este proyecto, se ha ido desarrollando el proyecto VAckerPower, también coordinado por Fraunhofer ISE, cuyo objetivo es examinar y evaluar los sistemas fotovoltaicos verticales elevados y a nivel del suelo, así como el uso de diferentes módulos fotovoltaicos, en cuanto a su idoneidad para la agricultura. Se prevé que esta iniciativa finalice en octubre de 2025.
Además, el proyecto VAckerBio2, que finalizará en septiembre de 2026, permitirá continuar y ampliar las investigaciones iniciadas en su proyecto homónimo sobre el microclima, la calidad del suelo, el crecimiento de los cultivos y el establecimiento de conceptos de uso que fomenten la biodiversidad en el área de cultivo. Para ello, se dispone de una instalación agrovoltaica y una estación de prueba de la Universidad de Hohenheim, donde se está llevando a cabo un experimento de sombreado.
A través de estos proyectos, Fraunhofer ISE persigue, junto a sus socios académicos e industriales, incorporar sus resultados al desarrollo futuro de sistemas fotovoltaicos adecuados en la agricultura, y contribuir así a la expansión de la energía solar respetuosa con el medio ambiente y eficiente en el espacio.