Desarrollar la resiliencia en las energías renovables y la producción de alimentos es un desafío fundamental en el mundo cambiante de hoy, especialmente en regiones susceptibles al calor y la sequía. Agrivoltaics, la coubicación de la agricultura y los paneles solares fotovoltaicos, ofrece una posible solución, con una nueva investigación dirigida por la Universidad de Arizona que informa impactos positivos en la producción de alimentos, ahorro de agua y eficiencia de la producción de electricidad.

Agrivoltaics, también conocido como uso compartido de energía solar, es una idea que ha ido ganando terreno en los últimos años; sin embargo, pocos estudios han monitoreado todos los aspectos de los alimentos asociados, sistemas de energía y agua, y ninguno se ha centrado en áreas de tierras secas, regiones que experimentan desafíos en la producción de alimentos y escasez de agua, pero tienen una sobreabundancia de energía solar.

"Muchos de nosotros queremos más energía renovable, pero ¿dónde pones todos esos paneles? A medida que crecen las instalaciones solares, tienden a estar en los límites de las ciudades, y aquí es históricamente donde ya hemos estado cultivando nuestros alimentos, "dijo Greg Barron-Gafford, profesor asociado en la Escuela de Geografía y Desarrollo y autor principal del artículo que se publicó hoy en Sostenibilidad de la naturaleza .

Un estudio reciente de alto perfil en Naturaleza descubrió que las tierras de cultivo actuales son las "cubiertas terrestres con el mayor potencial de energía solar fotovoltaica" según un análisis exhaustivo de la luz solar entrante, temperatura del aire y humedad relativa.

"Entonces, ¿qué uso de la tierra prefieres, producción de alimentos o energía? Este desafío golpea justo en la intersección de las conexiones entre los seres humanos y el medio ambiente, ¡y ahí es donde brillan los geógrafos! ", dijo Barron-Gafford, que también es investigadora de Biosphere 2. "Empezamos a preguntar, "¿Por qué no producir ambos en el mismo lugar?" Y hemos estado cultivando cultivos como tomates, pimientos, acelga, col rizada, y hierbas a la sombra de los paneles solares desde entonces ".

Usando energía solar fotovoltaica, o PV, paneles y hortalizas regionales, El equipo creó el primer sitio de investigación sobre agrivoltas en Biosphere 2. Profesores y estudiantes, tanto de pregrado como de posgrado, midió todo, desde cuando las plantas germinaron hasta la cantidad de carbono que las plantas absorbían de la atmósfera y el agua que liberaban, a su producción total de alimentos durante la temporada de crecimiento.

El estudio se centró en el chile chiltepín, plantas de tomate jalapeño y cereza que se colocaron bajo una matriz fotovoltaica. Durante la temporada de cultivo de verano de tres meses, los investigadores monitorearon continuamente los niveles de luz entrantes, temperatura del aire y humedad relativa mediante sensores montados sobre la superficie del suelo, y temperatura y humedad de la superficie del suelo a una profundidad de 5 centímetros. Tanto el área de siembra tradicional como el sistema agrivoltaico recibieron tasas de riego iguales y se probaron utilizando dos escenarios de riego:riego diario y riego cada dos días.

Descubrieron que el sistema agrivoltaico afectó significativamente tres factores que afectan el crecimiento y la reproducción de las plantas:la temperatura del aire, luz solar directa y demanda atmosférica de agua. La sombra proporcionada por los paneles fotovoltaicos dio como resultado temperaturas diurnas más frías y temperaturas nocturnas más cálidas que las tradicionales, sistema de plantación a cielo abierto. También hubo un menor déficit de presión de vapor en el sistema agrivoltaico, lo que significa que había más humedad en el aire.

"Descubrimos que muchos de nuestros cultivos alimentarios funcionan mejor a la sombra de los paneles solares porque no reciben el sol directo, "Dijo Baron-Gafford." De hecho, La producción total de frutos de chiltepina fue tres veces mayor bajo los paneles fotovoltaicos en un sistema agrivoltaico, ¡y la producción de tomates fue el doble! "

Los jalapeños produjeron una cantidad similar de fruta tanto en el sistema agrivolítico como en la parcela tradicional, pero lo hizo con un 65% menos de pérdida de agua por transpiración.

"Al mismo tiempo, Descubrimos que cada evento de riego puede favorecer el crecimiento de los cultivos durante días, no solo horas, como en las prácticas agrícolas actuales. Este hallazgo sugiere que podríamos reducir nuestro uso de agua pero aún mantener los niveles de producción de alimentos, "Barron-Gafford agregó, observando que la humedad del suelo permaneció aproximadamente un 15% más alta en el sistema agrivolítico que en la parcela de control cuando se riega cada dos días.

Además de los beneficios para las plantas, los investigadores también encontraron que el sistema agrivoltaico aumentó la eficiencia de la producción de energía. Los paneles solares son inherentemente sensibles a la temperatura, a medida que se calientan, su eficiencia cae. Al cultivar cultivos debajo de los paneles fotovoltaicos, los investigadores pudieron reducir la temperatura de los paneles.

"Esos paneles solares que se sobrecalientan en realidad se enfrían por el hecho de que los cultivos debajo están emitiendo agua a través de su proceso natural de transpiración, al igual que los nebulizadores en el patio de su restaurante favorito, "Barron-Gafford dijo." En total, que es beneficioso para todos en términos de mejorar la forma en que cultivamos nuestros alimentos, utilizar nuestros preciosos recursos hídricos, y producir energía renovable ".

La investigación de Barron-Gafford sobre agrivoltaics se ha expandido para incluir varias instalaciones solares en el Distrito Escolar Unificado de Tucson, o TUSD, tierra. Moisés Thompson, que divide su tiempo entre el TUSD y la Escuela de Geografía y Desarrollo de la UA, señala que el equipo también está utilizando las instalaciones solares de TUSD para interactuar con los estudiantes de K-12.

"Lo que me atrae de este trabajo es lo que le sucede al alumno de K-12 cuando su participación es trascendental y la investigación vive en su comunidad, ", Dijo Thompson." Ese cambio en la dinámica crea estudiantes que se sienten activos para abordar grandes desafíos como el cambio climático ".

Los autores dicen que se necesita más investigación con especies de plantas adicionales. También señalan el impacto actualmente inexplorado que los agrivoltas podrían tener en el bienestar físico y social de los trabajadores agrícolas. Los datos preliminares muestran que la temperatura de la piel puede ser aproximadamente 18 grados Fahrenheit más fría cuando se trabaja en un área agrivoltasica que en la agricultura tradicional.

"El cambio climático ya está perturbando la producción de alimentos y la salud de los trabajadores agrícolas en Arizona, "dijo Gary Nabhan, un agroecólogo en el UA Southwest Center y coautor del artículo. "El suroeste de los EE. UU. Ve muchos golpes de calor y muertes relacionadas con el calor entre nuestros trabajadores agrícolas; esto podría tener un impacto directo allí, también."

Barron-Gafford y el equipo ahora están trabajando con el Laboratorio Nacional de Energía Renovable del Departamento de Energía de EE. UU. Para evaluar qué tan bien puede funcionar un enfoque agrivolítico en otras regiones del país y cómo las políticas regionales pueden promover la adopción de enfoques novedosos para resolver estos problemas generalizados.

"Esta es la innovación de UA en su máxima expresión:un equipo interdisciplinario de investigadores que trabajan para abordar algunos de nuestros dilemas ambientales más desafiantes, "dijo el coautor Andrea Gerlak, profesor de la Facultad de Geografía y Desarrollo de la Facultad de Ciencias Sociales y del Comportamiento. "Imagínese el impacto que podemos tener en nuestra comunidad, y en el mundo en general, si pensamos de manera más creativa en la agricultura y la producción de energía renovable en conjunto".