La creación de 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 ubicación conjunta de la agricultura y paneles solares fotovoltaicos, ofrece una posible solución, con la nueva Universidad deInvestigación dirigida por Arizona que informa impactos positivos en la producción de alimentos, el ahorro de agua y la eficiencia de la producción de electricidad.
Agrivoltaics, también conocido como energía solar compartida, es una idea que ha estado ganando terreno en los últimos años; sin embargo, pocos estudios han monitoreado todos los aspectos de los sistemas asociados de alimentos, energía y agua, y ninguno se ha centrado en las áreas de tierras secas - regionesque experimentan desafíos en la producción de alimentos y escasez de agua, pero tienen un exceso 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 bordes de las ciudades, y esto es históricamente donde ya hemos estado cultivando nuestros alimentos,"dijo Greg Barron-Gafford, profesor asociado de 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 Nature 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, la temperatura del aire y la humedad relativa.
"Entonces, ¿qué uso de la tierra prefiere: producción de alimentos o energía? Este desafío se produce justo en la intersección de las conexiones humano-ambientales, ¡y ahí es donde brillan los geógrafos!", Dijo Barron-Gafford, quien también es investigador de Biosphere2. "Comenzamos a preguntar, '¿Por qué no producir ambos en el mismo lugar?' Y desde entonces hemos estado cultivando cultivos como tomates, pimientos, acelgas, col rizada y hierbas a la sombra de los paneles solares".
Utilizando paneles solares fotovoltaicos, o fotovoltaicos, y vegetales regionales, el equipo creó el primer sitio de investigación agrivoltaica en Biosphere 2. Los profesores y estudiantes, tanto de pregrado como graduados, midieron todo, desde cuando las plantas germinaron hasta la cantidad de plantas de carbono que estaban absorbiendode la atmósfera y el agua que estaban liberando, para su producción total de alimentos durante la temporada de crecimiento.
El estudio se centró en las plantas de chile chiltepín, jalapeño y tomate cherry que se colocaron bajo una matriz fotovoltaica. Durante la temporada de crecimiento de verano de tres meses promedio, los investigadores monitorearon continuamente los niveles de luz entrante, la temperatura del aire y la humedad relativa utilizando sensores montados sobre el suelosuperficie 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 usando dos escenarios de riego: riego diario y riego cada dos días.
Descubrieron que el sistema agrivoltaico tuvo un impacto significativo en tres factores que afectan el crecimiento y la reproducción de las plantas: la temperatura del aire, la luz solar directa y la demanda atmosférica de agua. La sombra proporcionada por los paneles fotovoltaicos resultó en temperaturas diurnas más frías y temperaturas nocturnas más cálidas que las tradicionales, sistema de plantación a cielo abierto. También hubo un déficit de presión de vapor más bajo 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 están a salvo del sol directo", dijo Baron-Gafford. "De hecho, la producción total de fruta chiltepin fue tres veces mayor bajo los paneles fotovoltaicosen un sistema agrivoltaico, ¡y la producción de tomate fue el doble! "
Los jalapeños produjeron una cantidad similar de fruta tanto en el sistema agrivoltaico como en la parcela tradicional, pero lo hicieron con un 65% menos de pérdida de agua por transpiración.
"Al mismo tiempo, descubrimos que cada evento de riego puede apoyar el crecimiento de los cultivos durante días, no solo horas, como en las prácticas agrícolas actuales. Este hallazgo sugiere que podríamos reducir nuestro uso del agua pero aún mantener los niveles de producción de alimentos", dijo Barron.-Gafford agregó, señalando que la humedad del suelo permaneció aproximadamente un 15% más alta en el sistema agrivoltaico que la parcela de control cuando se riega cada dos días
Además de los beneficios para las plantas, los investigadores también descubrieron que el sistema agrivoltaico aumentaba la eficiencia de la producción de energía. Los paneles solares son inherentemente sensibles a la temperatura, a medida que se calientan, su eficiencia disminuye. 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 emiten agua a través de su proceso natural de transpiración, al igual que los señores en el patio de su restaurante favorito", dijo Barron-Gafford. "En total,eso es ganar-ganar-ganar en términos de mejorar nuestra forma de cultivar nuestros alimentos, utilizar nuestros valiosos recursos hídricos y producir energía renovable ".
La investigación de Barron-Gafford sobre agrivoltaics se ha ampliado para incluir varias instalaciones solares en el Distrito Escolar Unificado de Tucson, o TUSD, tierra. Moses Thompson, quien divide su tiempo entre el TUSD y la Escuela de Geografía y Desarrollo de la UA, señala que el equipo estambién usando las instalaciones solares de TUSD para interactuar con estudiantes de K-12.
"Lo que me atrae a este trabajo es lo que le sucede al alumno de K-12 cuando su participación es consecuente y la investigación vive en su comunidad", dijo Thompson. "Ese cambio en la dinámica crea estudiantes que sienten la iniciativa de abordar grandes desafíos talescomo cambio climático "
Los autores dicen que se necesita más investigación con especies de plantas adicionales. También señalan el impacto actualmente inexplorado que los agrivoltaicos podrían tener en el bienestar físico y social de los trabajadores agrícolas. Los datos preliminares muestran que la temperatura de la piel puede ser de aproximadamente 18 grados Fahrenheit más fría cuandotrabajando en un área agrivoltaica que en la agricultura tradicional.
"El cambio climático ya está interrumpiendo la producción de alimentos y la salud de los trabajadores agrícolas en Arizona", dijo Gary Nabhan, un agroecólogo en el Centro Sudoeste de la UA y coautor del artículo. "El suroeste de los Estados Unidos ve muchos golpes de calor y calor-muerte relacionada 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 agrivoltaico en otras regiones del país y cómo las políticas regionales pueden promover la adopción de enfoques novedosos para resolver estos omnipresentesproblemas.
"Esta es la mejor innovación de UA: un equipo interdisciplinario de investigadores que trabaja para abordar algunos de nuestros dilemas ambientales más desafiantes", dijo la coautora Andrea Gerlak, profesora de la Facultad de Geografía y Desarrollo de la Facultad de Ciencias Socialesy Behavioral Sciences. "Imagine el impacto que podemos tener en nuestra comunidad, y en el mundo en general, al pensar de manera más creativa en la agricultura y la producción de energía renovable juntos".
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Materiales proporcionado por Universidad de Arizona . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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