Os membros da equipe do NREL plantam sob um campo de painéis solares no campus do NREL. O site é usado para testar os efeitos de diferentes coberturas de solo na produção de energia do painel. Foto de Werner Slocum, NREL.
A graduanda em engenharia ambiental do NREL, Abigail Brown, varre o solo sobre sementes de flores no que será o habitat dos polinizadores no Photovoltaic Central Array Testing Site (PV-CATS) no campus South Table Mountain do NREL, como parte do projeto InSPIRE. Foto de Werner Slocum, NREL.
Entre os muitos tipos diferentes de locais solares e agrícolas que participaram da segunda rodada do InSPIRE, surgiu uma lição importante: as parcerias são importantes.
A agrovoltaica não é necessariamente mais cara do que o desenvolvimento solar tradicional, mas pode ser mais complexa.
O diretor do NREL, Martin Keller, prova a diferença entre a alface do grupo de controle e a alface experimental cultivada nas instalações agrivoltaicas do Jack’s Solar Garden. Foto por Joe DelNero, NREL
Um projeto de agrovoltaicos bem-sucedido requer dois ou mais grupos que geralmente têm prioridades muito diferentes – o agricultor ou gerente de terras e o desenvolvedor solar – para encontrar uma solução que funcione para ambos. A aceitação da comunidade local também é importante.
“Os projetos solares são comumente construídos em terras agrícolas, o que cria o desafio de equilibrar a segurança alimentar com o aumento da produção de energia renovável”, disse Brittany Staie, estagiária de pesquisa do NREL que estuda a descarbonização do setor agrícola.
“A agrovoltaica nos dá a oportunidade de explorar o cultivo de alimentos e, ao mesmo tempo, produzir eletricidade limpa no mesmo pedaço de terra.”
O que importa na agrovoltaica
O projeto InSPIRE encontrou cinco elementos centrais que levam ao sucesso dos agrovoltaicos:
- Condições climáticas , do solo e ambientais — As condições ambientais de um local devem ser apropriadas tanto para a geração solar quanto para as culturas ou cobertura do solo desejadas.
- Configurações , tecnologias solares e projetos — A escolha da tecnologia solar, o layout do local e outras infraestruturas podem afetar tudo, desde a quantidade de luz que atinge os painéis solares até se um trator, se necessário, pode passar sob os painéis. “Esta infra-estrutura estará no solo pelos próximos 25 anos, então você precisa acertar para o uso planejado. Isso determinará se o projeto será bem-sucedido”, disse James McCall, pesquisador do NREL que trabalha no InSPIRE.
- Seleção de Culturas e Métodos de Cultivo, Projetos de Sementes e Vegetação e Abordagens de Gestão — Os projetos agrovoltaicos devem selecionar culturas ou coberturas do solo que prosperarão sob painéis em seu clima local e que sejam lucrativas nos mercados locais.
- Compatibilidade e flexibilidade — A agrovoltaica deve ser projetada para acomodar as necessidades concorrentes de proprietários de energia solar, operadores de energia solar e agricultores ou proprietários de terras para permitir atividades agrícolas eficientes.
- Colaboração e Parcerias — Para que qualquer projeto tenha sucesso, a comunicação e o entendimento entre os grupos são cruciais.
Imagem cortesia de NREL.
Um relatório do NREL recentemente publicado detalha cada um dos “cinco C’s”, refletindo as muitas lições aprendidas durante os últimos três anos de pesquisa InSPIRE.
Mas, como uma importante instituição de pesquisa, o NREL não se concentrou apenas em lições para desenvolvedores de energia solar, agricultores e proprietários de terras. O InSPIRE também captou lições para pesquisadores de agrovoltaicos.
Assim como os desenvolvedores de energia solar e proprietários de terras precisam se comunicar e entender os objetivos e preocupações uns dos outros, os pesquisadores de agrovoltaicos também devem coexistir sob os painéis. O último relatório InSPIRE está cheio de sugestões de como fazer isso acontecer.
E os impactos locais da energia solar no escoamento da água?
Um projeto complementar ao InSPIRE, Photovoltaic Stormwater Management Research and Testing (PV-SMaRT), analisa os impactos que as instalações solares podem ter na forma como a água se acumula e se move pela paisagem.
Atualmente, muitas regulamentações locais tratam as instalações solares de forma semelhante aos estacionamentos no que diz respeito ao escoamento de água, exigindo que os projetos solares instalem grandes bacias de drenagem e outras infraestruturas para capturar o escoamento de água das chuvas.
No entanto, o solo e a vegetação sob esses painéis podem absorver muito mais água do que uma superfície pavimentada e podem desempenhar um papel importante na redução da erosão.
O projeto PV-SMaRT do NREL está realizando pesquisas de campo em cinco locais em todo o país para medir como o escoamento da água ocorre em instalações solares, incluindo como as técnicas de construção e a vegetação podem afetar o escoamento da água.
Esta pesquisa pode ajudar os governos locais e estaduais a estabelecer novas regulamentações que exigem bacias de drenagem menores para futuras instalações solares, reduzindo o custo da energia solar.
Construindo uma Indústria Agrovoltaica Americana
Desde o início, o InSPIRE atuou como um lar para a comunidade agrovoltaica americana. Agora, essa comunidade está se expandindo.
Espera-se que as instalações fotovoltaicas exijam entre 4 e 10 milhões de acres de terra até 2050, com terras agrícolas planas e ensolaradas que compõem alguns desses acres.
O Solar Futures Study, de autoria do NREL, modela um futuro em que a energia solar fornecerá 45% da eletricidade dos EUA em 2050, com outras fontes de carbono zero fornecendo o restante. A área de terra necessária para hospedar essa energia solar, embora menor do que muitos outros usos da terra, é significativa. Este cálculo de área de terra não leva em conta qualquer localização de energia solar em telhados, corpos d’água ou em configurações agrovoltaicas.
“Uma coisa que o InSPIRE fez muito bem foi criar uma comunidade de pessoas que pensam de forma diferente sobre o projeto e gerenciamento de energia solar fotovoltaica. Universalmente, após uma teleconferência do InSPIRE, cientistas ouvintes e profissionais do setor compartilharem seus resultados, há uma tremenda energia e otimismo para o desafio e a oportunidade à nossa frente”, disse Rob Davis, da Connexus Energy, a maior cooperativa elétrica do Centro-Oeste.
avis é membro do grupo consultivo comunitário multissetorial do InSPIRE, Agriculture and Solar Together: Research Opportunities (ASTRO), que também divulgou recentemente um relatório resumindo seu impacto.
O InSPIRE já representa o maior, mais antigo e abrangente esforço de pesquisa agrovoltaica do mundo, tendo apoiado o projeto de locais agrovoltaicos ou pesquisas em andamento em 28 locais em 11 estados dos EUA, Porto Rico e Distrito de Columbia.
Alguns desses sites envolvem pesquisa direta, alguns envolvem projeto e consideração de pesquisa e alguns envolvem consulta e orientação contínua de parceiros.
Para sua terceira rodada de pesquisa de 2022 a 2024, o InSPIRE está se concentrando na expansão da comunidade de pesquisa agrovoltaica e na criação de recursos fundamentais para apoiar a comunidade nacional e internacionalmente.
Esses esforços incluem a parceria com o AgriSolar Clearinghouse para apoiar proprietários de terras e agricultores interessados em adotar a agrovoltaica.
“À medida que cresce o interesse pela pesquisa em agrovoltaicos, o projeto InSPIRE está deixando de ser a principal fonte de pesquisa para capacitar todos os outros que estão fazendo pesquisa em agrovoltaicos”, disse Macknick.
Em 2022, o InSPIRE começou a rastrear todos os projetos agrovoltaicos nos Estados Unidos.
O projeto também sediará workshops para a comunidade de pesquisa e desenvolverá protocolos de pesquisa agrovoltaica e um roteiro para pesquisas futuras.
O InSPIRE também adicionará mais locais de pesquisa em mais lugares – por exemplo, em terras tribais em parceria com comunidades indígenas.
NREL traz a agrovoltaica para casa
Em junho de 2022, o InSPIRE adicionou seu 29º site de pesquisa.
Trabalhando com outros colegas de pesquisa solar (e voluntários da equipe) do NREL, a equipe do InSPIRE plantou um jardim de meio acre sob um conjunto de painéis solares no campus principal do NREL em Golden,
Colorado. O site estudará como plantas como tomates, pimentões, couve, e gramíneas e flores nativas crescem sob painéis na árida região de Front Range, no Colorado.
Os painéis solares no alto fazem parte de um experimento diferente do NREL , que estuda como as mudanças na superfície do solo podem refletir mais ou menos luz em painéis solares de dois lados (ou “bifaciais”) que absorvem a luz refletida do solo.
Neste projeto dois por um, o InSPIRE ganha um novo local de teste, enquanto a equipe de desempenho de campo fotovoltaico do NREL é capaz de coletar dados sobre como as culturas refletem a luz de volta nos painéis solares.
“A tecnologia bifacial representou pelo menos metade das instalações em escala de utilidade em 2021”, disse Silvana Ovaitt, pesquisadora de confiabilidade fotovoltaica do NREL.
“Emparelhar esses painéis com culturas para estudar as interações entre plantas – criando um microclima e modificando o albedo do solo – e módulos bifaciais em rastreadores – criando sombreamento para as plantas por meio de seu rastreamento – é de grande relevância para a comunidade fotovoltaica que busca maximizar a agricultura e desempenho solar.”
Mas o novo site no campus do NREL significa ainda mais do que isso.
“Estou animado por ter um site de agrovoltaicos aqui mesmo em nosso campus”, disse Macknick.
“Conseguimos envolver toda a comunidade NREL e suas capacidades, o que fará avançar o estado da ciência. E poderemos servir os produtos que cultivamos na comunidade, para que todos possam realmente provar os frutos da nossa ciência.”
Para saber mais, leia o relatório de síntese InSPIRE e o relatório ASTRO.
Artigo cortesia do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE).
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