Nuevo algoritmo de optimización para la agrovoltaica vertical

Un grupo de científicos de la Universidad de Mälardalen (Suecia) está investigando cómo optimizar el rendimiento eléctrico de las instalaciones agrovoltaicas con módulos fotovoltaicos bifaciales montados verticalmente.

“En este proyecto se eligió la agrovoltaica bifacial vertical porque creemos que es una de las configuraciones agrovoltaicas más fáciles de integrar y ampliar en las tierras de cultivo; es una estructura de montaje rentable y ofrece un fácil acceso para los tipos de maquinaria que se utilizan en las tierras de cultivo”, explica el investigador Pietro Elia Campana a pv magazine. “Además, hoy en día es difícil obtener permisos para construir parques solares en terrenos agrícolas en Suecia, y nuestra esperanza es que la agrovoltaica abra un mercado completamente nuevo”, dijo el investigador Bengt Stridh.

El científico ha desarrollado un modelo de optimización tecnoeconómica que, según afirma, es capaz de esbozar los parámetros de diseño ideales para un sistema agrovoltaico en vertical combinando datos climatológicos con cifras sobre la generación de energía solar prevista, la distribución de las sombras, el agua para el riego y el rendimiento agrícola. El modelo propuesto tiene en cuenta, en particular, la cantidad de radiación fotosintéticamente activa (PAR), que es la porción del espectro de luz utilizada por las plantas para la fotosíntesis, que se recibe en el cultivo.

El modelo se basa en OptiCE, que es un paquete de modelización y optimización de código abierto para tecnologías de energía limpia. El paquete contiene algoritmos para calcular la posición solar, descomponer la radiación solar, analizar los sombreados, calcular la evapotranspiración, modelar el crecimiento de los cultivos y optimizar el diseño del sistema teniendo en cuenta los aspectos tecnoeconómicos. Los investigadores afirman que el diseño óptimo del sistema se consigue mediante un algoritmo de optimización bioinspirado que realiza simulaciones dinámicas horarias de toda la interrelación agua-alimentación-energía en los sistemas agrovoltaicos.

Uno de los parámetros clave que trata de determinar el modelo es la distancia óptima entre las filas de módulos solares en función del tipo de cultivo. Por ejemplo, el grupo de investigación descubrió que 9 m podría ser una distancia ideal cuando se cultiva avena y que 8,5 m es la distancia más adecuada para las patatas en la ubicación seleccionada en Suecia, lo que significa que la plantación de los cultivos debe planificarse minuciosamente a través de simulaciones multianuales.

Se ha realizado otra simulación para la hierba de pasto, el cultivo que se cultiva bajo el primer sistema agrovoltaico en Suecia, y la distancia óptima fue de 9 m. “Estamos esperando los resultados generados por el sitio de demostración para validar y calibrar el modelo”, explicó Campana.

Según las conclusiones de los investigadores, la distancia entre hileras influye en la distribución de la RFA y, en la latitud del lugar investigado y como consecuencia, el rendimiento de los cultivos puede reducirse a más de la mitad cuando la distancia entre hileras se reduce de 20 a 5 m.

La distancia óptima es el resultado de un problema matemático tecno-económico para encontrar el equilibrio que permita maximizar la proporción de tierra equivalente, lo que significa maximizar el rendimiento del cultivo y la producción de electricidad por área. Sin embargo, la distancia óptima también depende de la anchura de los tractores y de los tipos de maquinaria que suelen utilizar los agricultores, lo que significa que la distancia entre hileras tiene que coincidir con la anchura de los equipos y las prácticas agrícolas. Las distancias más cercanas o las superiores a los 20 m producen un efecto insignificante en el rendimiento del cultivo. Sin embargo, esto tiene tres desventajas, según el grupo de investigación. La primera es que el coeficiente de equivalencia de la tierra es menor y la segunda está relacionada con los costes de infraestructura del sistema fotovoltaico, que pasan a ser mayores. “Y, por último, queremos que la agricultura sea más resistente a las tensiones de temperatura y a la sequía aprovechando las sombras en los cultivos, y este efecto no se produce a distancias elevadas de las hileras”, especificó Stridh.