Uma equipe de pesquisadores da Universidade Purdue descobriu que a agrovoltaica tem o potencial de aumentar a produção de energia e reduzir as emissões de carbono, ao mesmo tempo em que tem um impacto mínimo na produção agrícola.
No artigo de pesquisa “The viability of photovoltaics on agricultural land: Can PV solve the food vs fuel debate?”, disponível no Journal of Cleaner Production, a equipe analisou cinco cenários com plantações de milho na região centro-oeste dos Estados Unidos.
O primeiro é o cenário de base, com milho cultivado em toda a área. O segundo apresenta um sistema solar tradicional instalado em 25% da área, substituindo a cultura de milho. Os outros três cenários apresentam agrovoltaicos com milho crescendo abaixo deles, com uma estimativa de 5,5% da terra ocupada por estruturas solares e indisponível para o crescimento da cultura. O terceiro sistema considera uma densidade total dos painéis solares, seguido por metade e um quarto da densidade de painéis no quarto e quinto sistemas.
Os pesquisadores compararam esses cinco sistemas em quatro métricas: a produção de milho para uso como alimento ou ração animal, a produção de energia na forma de bioetanol ou eletricidade, a redução das emissões de gases de efeito estufa e a lucratividade para o fazendeiro.
A maior produção de alimentos/rações foi alcançada no sistema de linha de base. O segundo sistema viu a quantidade de milho como alimento/ração cair em 25%, em proporção à redução na terra disponível. As saídas dos sistemas agrivoltaicos variaram com base em limites de sombreamento, com uma redução de 11% no milho disponível para alimento/ração registrada no sistema de densidade de um quarto de painel solar quando comparado ao sistema de linha de base.
Quando comparado ao sistema de base, o sistema fotovoltaico tradicional e o sistema agrivoltaico de densidade de um quarto aumentaram a produção de energia de uso final de menos de 2 MWh por hectare por ano (MWh/ha/ano) para aproximadamente 140 MWh/ha/ano. O sistema agrivoltaico com densidade de painel solar em metade da área aumentou a produção de energia para cerca de 280 MWh/ha/ano e o sistema agrivoltaico de densidade total aumentou a produção de energia para aproximadamente 560 MW/ha/ano.
Os pesquisadores também descobriram que o etanol teve um impacto mínimo na produção total de energia nos sistemas dois a cinco. “Portanto, não houve diferença significativa nas saídas gerais de energia ao considerar os limites de baixo rendimento sombreado e alto rendimento sombreado da produção de milho”, disse a equipe.
Ao calcular as reduções de gases de efeito estufa, o sistema de base, com apenas etanol como fonte de energia, teve uma redução de menos de 2 toneladas de CO2-eq/ha/ano. Os outros sistemas reduziram as emissões em centenas de toneladas de CO2-eq/ha/ano, com a quantidade em cada um apresentando uma “tendência semelhante ao número de painéis solares que foram incorporados em toda a área de tratamento”.
Enquanto o sistema fotovoltaico tradicional e o sistema agrovoltaico com densidade de um quarto tiveram efetivamente a mesma geração de energia e redução de gases de efeito estufa, o artigo de pesquisa prevê maior rendimento de milho para o sistema agrovoltaico porque permite mais crescimento da colheita e o sombreamento foi minimizado pelo grande espaçamento entre os painéis.
Na conclusão do relatório, os pesquisadores dizem que a agrovoltaica “pode fornecer uma estratégia viável para facilitar o tradeoff atual entre produção de energia, emissões de gases de efeito estufa, produção de alimentos e lucratividade agrícola”.
“Nossa análise indica que tanto os sistemas fotovoltaicos quanto a agrovoltaica podem aumentar substancialmente a produção de energia por hectare em relação à linha de base, onde cerca de 27% do milho é atribuído ao etanol”, observaram os pesquisadores.
Os pesquisadores também explicam que, embora a implantação da agrovoltaica possa ser impactada por altos custos de capital, essa barreira pode ser superada com apoio político, especialmente quando os preços das colheitas são altamente voláteis. Eles dizem que os custos associados devem diminuir conforme a tecnologia se desenvolve, mas alertam que mais trabalho precisa ser feito para garantir uma melhor compreensão das necessidades das partes interessadas e engenharia aprimorada para reduzir custos enquanto maximiza as saídas do sistema.
“A integração de energia fotovoltaica em terras agrícolas oferece maior potencial para a produção de energia renovável e redução de emissões de gases de efeito estufa”, diz o artigo. “Nossos cálculos mostram que, se não houver demanda por etanol, a quantidade de milho disponível como alimento e recurso de ração animal pode realmente ser aumentada mesmo quando os painéis solares são integrados, em relação à quantidade disponível sob as condições de demanda de etanol e nenhuma integração fotovoltaica. Nessa visão, as tecnologias agrovoltaicas fornecem uma solução viável para o debate alimento versus combustível, permitindo que grandes quantidades de energia sejam produzidas com impacto mínimo no milho como um recurso de alimento/ração.”
No início deste ano, pesquisadores da Universidade Purdue criaram um novo modelo para avaliar o crescimento do milho em instalações agrovoltaicas, propondo um modelo de distribuição de sombra espaço-temporal para otimizar o rendimento das culturas e a produção de energia.
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