Energia fotovoltaica vertical para produzir energia limpa e colheita

A agrovoltaica – a prática de localizar instalações solares próximas a terras agrícolas – está sendo cada vez mais adotada em todo o mundo como uma forma de introduzir energia limpa distribuída sem comprometer o uso da terra.

De acordo com uma pesquisa da Oregon State University, a co-localização de energia solar e agrícola poderia fornecer 20% da geração total de eletricidade nos Estados Unidos. Segundo os pesquisadores, a instalação em grande escala de agrovoltaicos pode significar uma redução anual de 330.000 toneladas de emissões de dióxido de carbono com um impacto «mínimo» no rendimento das culturas.

Segundo o estudo, seria necessária uma área do tamanho de Maryland para que os agrovoltaicos cobrissem 20% da geração de eletricidade nos Estados Unidos. Isso equivale a cerca de 13.000 milhas quadradas, ou 1% da atual área agrícola dos Estados Unidos. Globalmente, estima-se que 1% de toda a terra cultivada poderia produzir a energia que o mundo precisa se convertida em energia solar fotovoltaica.

Existem muitas maneiras de instalar painéis agrovoltaicos. Um dos métodos mais comuns é elevar a instalação para permitir que o equipamento agrícola ou o gado se movam livremente por baixo. Outro design moderno é orientar os painéis fotovoltaicos verticalmente, deixando amplos espaços abertos entre as fileiras de painéis.

Estados Unidos

Em Somerset, Califórnia, painéis solares verticais Sunzaun projetados na Alemanha foram instalados em um vinhedo. A instaladora Sunstall desenvolveu a instalação, composta por 43 módulos de 450 W conectados a um microinversor e duas baterias.

O design minimalista utilizou furos nas molduras dos módulos para facilitar a fixação em duas palafitas, evitando a necessidade de um sistema de estantes pesadas. Os módulos solares bifaciais produzem energia em ambos os lados da matriz orientada verticalmente.

Em sistemas tradicionais projetados na orientação paisagem, os trilhos usados ​​para montar os painéis no sistema de estantes são frequentemente cortados para caber no tamanho pretendido do painel. Se o tamanho do painel for alterado após a conclusão de todas as outras aquisições de componentes, o projeto pode sofrer atrasos enquanto os trilhos são reprojetados para acomodar o tamanho do painel atualizado. O design de Sunzaun permite que uma mudança no tamanho do painel seja facilmente acomodada ajustando a distância entre cada pilha. Também é possível ajustar a altura dos painéis a partir do solo, se necessário.

Alemanha

Cientistas da Universidade de Ciências Aplicadas de Leipzig estudaram o impacto potencial da implantação em massa de sistemas fotovoltaicos verticais orientados oeste-leste no mercado de energia alemão. Eles descobriram que essas instalações podem ter um efeito benéfico na estabilização da rede elétrica do país, ao mesmo tempo em que permitem uma maior integração com as atividades agrícolas do que as usinas fotovoltaicas convencionais montadas no solo.

Os cientistas descobriram que os sistemas fotovoltaicos verticais podem mudar o rendimento solar para os horários de pico de demanda de eletricidade e mais fornecimento elétrico nos meses de inverno, reduzindo assim a restrição solar.

“Se um armazenamento de eletricidade de 1 TW de carga e descarga e 1 TWh de capacidade for integrado ao modelo do sistema de energia, o efeito é reduzido para uma economia de CO2 de até 2,1 Mt/a com 70% de módulos verticais orientados de leste a oeste e 30% inclinado para o sul”, apontaram. “Finalmente, embora possa parecer irreal para alguns atingir uma taxa de 70% de usinas verticais, mesmo uma taxa mais baixa tem um impacto benéfico.”

Japão

No Japão, a Luxor Solar KK, uma subsidiária da fabricante alemã de módulos Luxor Solar, construiu um sistema fotovoltaico vertical de 8,3 kW no estacionamento de uma fábrica de processamento de arroz de propriedade da Eco Rice Niigata.

“Os carros ficarão estacionados entre os sistemas verticais”, explicou Uwe Liebscher, diretor administrativo da Luxor Solar KK, à revista pv. «O objetivo deste sistema é mostrar a durabilidade durante o inverno e o rendimento adicional de energia devido ao reflexo da neve.» Niigata, por outro lado, é conhecida por ser uma área de forte carga de neve, com até 2-3 metros de neve no inverno.”

O sistema voltado para o sul apresenta módulos solares de heterojunção próprios da Luxor Solar, bem como sistemas de montagem do especialista PV vertical alemão Next2Sun e inversores da Omron do Japão. A matriz vertical fornecerá eletricidade a uma fábrica de processamento de arroz localizada próxima ao sistema. A cidade de Nagaoka financiou o projeto com 2 milhões de ienes (US$ 14.390).

“Uma instalação vertical ocupa apenas um espaço mínimo nas terras agrícolas, mantendo mais de 85% da luz que chega às plantações, garantindo um equilíbrio ideal entre energia solar e agricultura, o que é crucial no Japão”, explica. “Isso nos permite construir sistemas agrivoltaicos em terras agrícolas de utilidade pública, como trigo, batata ou arroz, em grande escala.”

França

Na França, a TotalEnergies e a InVivo, especialista em agrovoltaicos, lançaram um demonstrador agrovoltaico vertical de 111 kW. A TotalEnergies disse que a instalação piloto investigará o impacto dos painéis solares nos rendimentos agrícolas, bem como a biodiversidade do local, armazenamento de carbono e qualidade da água.

“Estamos convencidos de que as sinergias desenvolvidas entre a produção de eletricidade verde, biogás e agricultura são uma das respostas para garantir nossa independência energética e alimentar”, declarou Thierry Muller, CEO da TotalEnergies Renouvelables France.

Suécia

Cientistas da Universidade de Mälardalen (Suécia) desenvolveram um modelo de dinâmica de fluidos computacional (CFD) que facilita a análise de microclimas em projetos fotovoltaicos verticais. Simulações CFD são usadas para resolver equações complexas para o fluxo de sólidos e gases através e ao redor de corpos, que podem ser usadas para analisar microclimas em sistemas agrivoltaicos.

“Os modelos de sistemas agrivoltaicos (AV) serão frequentemente usados ​​para o design de novos sistemas AV, bem como para a tomada de decisões, pois as mudanças microclimáticas podem ser analisadas/previstas com base na localização e na solução do sistema AV”, declarou o pesquisador Sebastian Zainalli à revista pv. W

O estudo observou uma diminuição de 38% na intensidade da radiação solar nas áreas do solo sombreadas pelos módulos fotovoltaicos verticais.

Princípios chave

O Laboratório Nacional de Energia Renovável dos EUA ofereceu cinco princípios para o sucesso da agrovoltaica, incluindo:

Clima, solo e condições ambientais: As condições ambientais de um local devem ser adequadas tanto para a geração solar quanto para as culturas ou cobertura vegetal desejada.

Configurações, tecnologias solares e layouts: a escolha da tecnologia solar, layout do local e outras infraestruturas podem afetar tudo, desde a quantidade de luz que atinge os painéis solares até se um trator pode passar por baixo deles, se necessário dos painéis. “Essa infraestrutura ficará no solo pelos próximos 25 anos, portanto, deve ser feita da maneira certa para o uso pretendido. O sucesso do projeto dependerá disso”, diz James McCall, pesquisador do NREL que trabalha no InSPIRE.

Seleção de Culturas e Métodos de Cultivo, Projetos de Sementes e Vegetação e Abordagens de Manejo: Os projetos agrovoltaicos devem selecionar culturas ou coberturas de solo que irão prosperar sob os painéis em seu clima local e são rentáveis ​​nos mercados locais.

Compatibilidade e flexibilidade: A agrovoltaica deve ser projetada para acomodar as necessidades concorrentes de proprietários de instalações solares, operadores solares e agricultores/proprietários de terras para permitir atividades agrícolas eficientes.

Colaboração e parcerias: Para que qualquer projeto seja bem-sucedido, a comunicação e o entendimento entre os grupos são cruciais.