Inovação

A agricultura sob painéis solares economiza água e cria energia

Cultivar culturas sob painéis solares, um processo chamado agrivoltaico, pode aumentar a produção de alimentos, a economia de água e a eficiência da produção de eletricidade, relatam pesquisadores.

Histórias em Destaque

  • Energia solar e sustentabilidade.
  • Eficiência dos painéis solares aumentada.

Construir resiliência na energia renovável e na produção de alimentos é um desafio fundamental no mundo em mudança de hoje, especialmente em regiões suscetíveis ao calor e à seca.

A agricultura, também conhecida como compartilhamento solar, é uma ideia que ganhou força nos últimos anos. Poucos estudos, no entanto, monitoraram todos os aspectos dos sistemas associados de alimentos, energia e água, e nenhum se concentrou em áreas de terras secas – regiões que enfrentam desafios de produção de alimentos e escassez de água, mas têm uma superabundância de energia solar.

“Muitos de nós querem mais energia renovável, mas onde você coloca todos esses painéis? À medida que as instalações solares crescem, elas tendem a estar nas bordas das cidades, e é historicamente onde já cultivamos nossos alimentos ”, diz Greg Barron-Gafford, professor associado da Escola de Geografia e Desenvolvimento da Universidade de Arizona e principal autor do artigo em Nature Sustainability.

Os pesquisadores usaram instrumentos para monitorar continuamente vários fatores-chave, incluindo níveis de luz recebidos, temperatura do ar, umidade relativa, temperatura da superfície do solo e umidade do solo. (Foto: Greg Barron-Gafford / U. Arizona)

Um estudo recente da Nature descobriu que as áreas de cultivo atuais são as “coberturas da terra com o maior potencial de energia solar fotovoltaica”, com base em uma extensa análise da luz solar recebida, temperatura do ar e umidade relativa.

“Então, qual uso da terra você prefere – produção de alimentos ou energia? Esse desafio ocorre exatamente no cruzamento das conexões homem-ambiente, e é aí que os geógrafos brilham!”, Diz Barron-Gafford, que também é pesquisador da Biosfera 2. “Começamos a perguntar: ‘Por que não fazer as duas coisas no mesmo lugar? ? ‘Desde então, cultivamos culturas como tomate, pimentão, acelga, couve e ervas à sombra de painéis solares.”

Homem na sombra

Usando painéis solares fotovoltaicos, ou PV, e vegetais regionais, a equipe criou o primeiro site de pesquisa agrícola na Biosphere 2. Professores e estudantes, tanto de graduação quanto de pós-graduação, mediram tudo, desde quando as plantas germinadas até a quantidade de carbono que as usinas estavam sugando atmosfera e a água que estavam liberando, para a produção total de alimentos durante a estação de crescimento.

O estudo se concentrou nas plantas de pimenta chiltepin, jalapeno e tomate cereja, posicionadas sob uma matriz fotovoltaica. Durante a estação média de crescimento de três meses no verão, os pesquisadores monitoraram continuamente os níveis de luz recebidos, temperatura do ar e umidade relativa usando sensores montados acima da superfície do solo e temperatura e umidade da superfície do solo a uma profundidade de 5 centímetros. Tanto a área de plantio tradicional quanto o sistema agrivoltaico receberam taxas de irrigação iguais e os pesquisadores as testaram usando dois cenários de irrigação – irrigação diária e irrigação a cada dois dias.

Eles descobriram que o sistema agrícola afetou significativamente três fatores que afetam o crescimento e a reprodução das plantas – temperatura do ar, luz solar direta e demanda atmosférica por água. A sombra fornecida pelos painéis fotovoltaicos resultou em temperaturas diurnas mais frias e temperaturas noturnas mais quentes do que o tradicional sistema de plantio a céu aberto. Havia também um menor déficit de pressão de vapor no sistema agrovoltaico, o que significa que havia mais umidade no ar.

“Descobrimos que muitas de nossas culturas alimentares se saem melhor à sombra dos painéis solares porque são poupadas do sol direto”, diz Baron-Gafford. “De fato, a produção total de frutos de chiltepin foi três vezes maior sob os painéis fotovoltaicos em um sistema agrícola e a produção de tomate foi duas vezes maior!”

Os jalapenos produziram uma quantidade semelhante de frutas, tanto no sistema agrícola quanto na parcela tradicional, mas o fizeram com uma perda de água transpiracional 65% menor.

“Ao mesmo tempo, descobrimos que cada evento de irrigação pode suportar o crescimento da colheita por dias, não apenas horas, como nas práticas agrícolas atuais. Essa descoberta sugere que poderíamos reduzir o uso da água, mas ainda manter os níveis de produção de alimentos ”, acrescenta Barron-Gafford, observando que a umidade do solo permaneceu aproximadamente 15% maior no sistema agrovoltaico do que a parcela de controle ao irrigar a cada dois dias.



Melhor para os painéis solares também

Além dos benefícios para as usinas, os pesquisadores também descobriram que o sistema agrivoltaico aumentou a eficiência da produção de energia. Os painéis solares são inerentemente sensíveis à temperatura – à medida que aquecem, sua eficiência diminui. O cultivo de culturas sob os painéis fotovoltaicos permitiu aos pesquisadores reduzir a temperatura dos painéis.

“Esses painéis solares superaquecidos são realmente resfriados pelo fato de as colheitas embaixo estarem emitindo água através de seu processo natural de transpiração – assim como os deturpadores no pátio do seu restaurante favorito”, diz Barron-Gafford.

“No total, é uma situação em que todos saem ganhando em termos de melhorar a maneira como cultivamos nossos alimentos, utilizamos nossos preciosos recursos hídricos e produzimos energia renovável”.

Agrovoltaicos para um futuro verde

A pesquisa de Barron-Gafford em produtos agropecuários se expandiu para incluir várias instalações solares no terreno do Distrito Escolar Unificado de Tucson, ou TUSD. Moses Thompson, que divide seu tempo entre o TUSD e a Escola de Geografia e Desenvolvimento, observa que a equipe também está usando as instalações solares do TUSD para se envolver com alunos do ensino fundamental e médio.

“O que me atrai nesse trabalho é o que acontece com o aluno do ensino fundamental e médio quando o envolvimento deles é conseqüente e a pesquisa mora na comunidade”, diz Thompson. “Essa mudança na dinâmica cria estudantes que se sentem agidos ao enfrentar grandes desafios, como as mudanças climáticas.”

Os autores dizem que são necessárias mais pesquisas com espécies vegetais adicionais. Eles também observam o impacto atualmente inexplorado que os agrotóxicos podem ter no bem-estar físico e social dos trabalhadores agrícolas. Dados preliminares mostram que a temperatura da pele pode ser cerca de 18 graus Fahrenheit mais fria quando se trabalha em uma área agrícola do que na agricultura tradicional.

“As mudanças climáticas já estão atrapalhando a produção de alimentos e a saúde dos trabalhadores agrícolas no Arizona”, diz o co-autor Gary Nabhan, agroecologista do Southwest Center. “O sudoeste dos EUA vê muita insolação e mortes relacionadas ao calor entre nossos trabalhadores agrícolas; isso poderia ter um impacto direto lá também.”

Barron-Gafford e a equipe estão agora trabalhando com o Laboratório Nacional de Energia Renovável do Departamento de Energia dos EUA para avaliar até que ponto uma abordagem agrícola pode funcionar em outras regiões do país e como as políticas regionais podem promover a adoção de novas abordagens para resolver esses problemas generalizados.

“Imagine o impacto que podemos ter em nossa comunidade – e no mundo em geral – pensando de forma mais criativa sobre a agricultura e a produção de energia renovável”, diz Andrea Gerlak, coautora da autora Andrea Gerlak, professora da Escola de Geografia e Desenvolvimento da Faculdade de Ciências Sociais e Comportamentais Ciências.

Co-autores adicionais são da Universidade do Arizona, da Universidade de Maryland e do Laboratório Nacional de Energia Renovável. O financiamento para este estudo veio da National Science Foundation e do Laboratório Nacional de Energia Renovável do Departamento de Energia.

Fonte: Universidade do Arizona. Estudo original DOI: 10.1038/s41893-019-0364-5. Publicado originalmente em Futurity.org

Via
Futurity.org
Fonte
Universidade do Arizona
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Eder Oelinton

Jornalista, amante de tecnologia e curioso por natureza. Busco informações todos os dias para publicar para os leitores evoluírem cada dia mais. Além de muitas postagens sobre varias editorias!

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