Científicos de la Universidad Estatal de Colorado han llevado a cabo una investigación de campo sobre el crecimiento de cultivos vegetales situados bajo módulos fotovoltaicos de transparencia variable. Las hortalizas se cultivan bajo módulos semitransparentes de teluro de cadmio (St-CdTe) de película fina con una transparencia del 40%, módulos bifaciales de silicio monocristalino (BF-Si) con una transparencia del 5% y módulos opacos de silicio policristalino (O-Si) con una transparencia del 0%.
«La tecnología de módulos fotovoltaicos semitransparentes (STPV) ha surgido como una solución potencial para mitigar los efectos negativos de la sombra densa en los sistemas de cultivo, manteniendo al mismo tiempo una alta densidad de módulos», afirman los académicos. «Que sepamos, este es el primer experimento de investigación replicado que evalúa los tipos de transparencia de los módulos en un entorno de campo de hortalizas de regadío».
El experimento se llevó a cabo durante dos temporadas de cultivo, 2020 y 2021. El lugar del estudio se ubicó en Fort Collins, Colorado, Estados Unidos, en un campo designado para la investigación. En total, se probó el crecimiento de seis hortalizas: chile jalapeño, pimiento morrón, lechuga, calabaza de verano, tomates chocolate de Tasmania y tomates red racer.
«Había tres hileras plantadas en todo el terreno: norte, centro y sur», explica el grupo. «Las lechugas, los pimientos y los tomates se plantaron en dos subfilas desplazadas en camas de 0,9 m cubiertas con mantillo de plástico negro en las filas norte y sur. La calabaza se plantó exclusivamente en la fila central ambos años con un espaciado de 1,2 m entre centros».
En cuanto a los módulos fotovoltaicos, los científicos utilizaron tres de cada tipo. Se instalaron en una posición fija de 35 grados orientados al sur, con el borde inferior de los módulos a 1.220 mm del suelo y la parte posterior a una altura de 2.360 mm. Los módulos ST-CdTe tenían una potencia nominal de 57 W, los BF-Si de 360 W y los O-Si de 325 W.
«Cada una de las 12 subparcelas de cultivo, incluidos los paneles fotovoltaicos y las parcelas de control, abarcaba una anchura de 4,3 m, con una separación de 4,3 m entre subparcelas adyacentes», explican los investigadores. «Debido a la configuración de montaje en un solo poste, la sombra proyectada por los módulos se movía a lo largo del día. Con esto, los cultivos recibieron sol directo al principio y al final del día, con sombra máxima durante las horas punta del día e inmediatamente debajo de los módulos».
Según los resultados, la calabaza de verano bajo los tres tipos de módulos mostró rendimientos significativamente inferiores a los de la parcela de control, independientemente del tipo de transparencia del módulo. Mientras que en la parcela de control, a pleno sol, la calabaza rindió 5,1 kg por planta, creció 3,2 kg en el escenario BF-Si, 3,2 kg en el escenario O-Si y 4,1 kg en el escenario ST- CdTe.
Las demás hortalizas tuvieron rendimientos medios iguales o superiores al testigo en el tratamiento ST-CdTe transparente al 40%, pero sin diferencias estadísticamente significativas. Los pimientos jalapeños rindieron 155 g por planta a pleno sol, 161 g en el BF-Si, 155 g en el O-Si y 162 g en el ST- CdTe, mientras que el pimiento morrón rindió 295 g por planta a pleno sol, 294 g en el BF-Si, 278 g en el O-Si y 346 g en el ST- CdTe.
El peso de la lechuga por cabeza fue de 105 g a pleno sol, 126 g en la BF-Si, 111 g en la O-Si y 129 g en la ST- CdTe. Los tomates chocolate de Tasmania tenían una media de 926 g por planta a pleno sol, 1.060 g en la BFSi, 1.069 g en la O-Si y 1.278 g en la ST- CdTe. Por último, los tomates red racer obtuvieron 867 g por planta a pleno sol, 733 g en la BF-Si, 903 g en la O-Si y 962 g en la ST- CdTe.
«La optimización del conjunto agrofotovoltaico con módulos fotovoltaicos semitransparentes podría aumentar la producción agrícola manteniendo la protección añadida de una cubierta energizada en los sistemas APV tradicionales», concluyeron los investigadores. «Se necesita más investigación para comprender mejor las compensaciones económicas entre el aumento de la transparencia de los módulos en comparación con la producción de cultivos de hortalizas, al tiempo que se considera el aumento del rendimiento energético de la bifacialidad de los módulos».
Sus hallazgos se presentaron en «Performance optimization of ETL-free bifacial perovskite solar cells for flexible devices: A simulation study» (Optimización del rendimiento de células solares de perovskita bifaciales sin ETL para dispositivos flexibles: un estudio de simulación), publicado en Heliyon.
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