Agrivoltaica para combinar granjas “reales” con granjas solares

¿Terreno solar?

Solar se está convirtiendo rápidamente en una fuente de energía importante. El mercado de energía solar ha crecido enormemente en los últimos años y se espera que siga creciendo a una tasa compuesta anual del 15,4 % en EE. UU. hasta 2030.

Fuente: Grand View Research

La adopción de energía solar en Occidente es en realidad diminuta comparada con el crecimiento global de la energía solar, con China liderando la carga, ya que es responsable de más proyectos solares que el resto del mundo combinado.

China ha estado incrementando su capacidad de energía renovable año tras año, instalando más energía solar entre 2023 y 2024 que en los tres años anteriores combinados, y más que la capacidad total mundial instalada en 2023.

Esto ha puesto a la gigante asiática en camino de alcanzar una capacidad instalada de eólica y solar de 1 200 GW para fin de año, seis años antes de la meta gubernamental.

Fuente: Energy Wind Down Media

Esto ha llevado a publicaciones importantes como The Economist a llamarlo literalmente una nueva era. Exploramos qué nueva tecnología lo hará realidad en “The Solar Age – A Bright Future To Mankind”.

Fuente: The Economist

Los avances en la fabricación de semiconductores y una economía de escala creciente en la producción de paneles solares han provocado una disminución constante en los costos fotovoltaicos, que se han vuelto 30 veces más baratos desde 1990. Como resultado, la tecnología fotovoltaica domina ahora la industria solar.

Fuente: EIA

Sin embargo, la energía solar está empezando a enfrentar un problema. Esto se debe a que la solar tiene una densidad energética relativamente baja cuando se considera el uso de la tierra.

De hecho, es una de las fuentes de energía menos eficientes en cuanto al uso del terreno, con solo la energía eólica, hidroeléctrica y biomasa, igualmente neutras en carbono, puntuando peor.

Fuente: Wouter Beel Gravendeel

Esto lleva a situaciones donde tierras agrícolas o hábitats naturales son cubiertos con paneles solares para granjas solares a escala de utilidad. Así, aunque se reducen las emisiones de carbono, aparecen muchos efectos secundarios no deseados, desde la destrucción de hábitats naturales hasta el riesgo de erosión, especialmente en áreas montañosas.

Por ejemplo, en la provincia de Fujian, China, se pueden ver todas estas colinas cubiertas de paneles solares.

Fuente: The Atlantic

Escasez de tierras cultivables

Este es un problema creciente, ya que cada año perdemos ya una gran cantidad de tierras cultivables, hasta 100 millones de hectáreas al año. El factor más importante en estas pérdidas no son las granjas solares, sino la erosión, la desertificación, la urbanización, prácticas agrícolas deficientes, etc.

Sin embargo, esto no significa que la solución a un problema (las emisiones de carbono) deba convertirse en un problema para otro asunto importante (la pérdida de tierras cultivables).

Algunas soluciones son obvias, como utilizar los techos, especialmente de edificios industriales, pero también residenciales. Utilizar tierras desérticas puede ser otra opción, aunque también son ecosistemas frágiles, y eliminar el polvo consume muchos recursos hídricos locales escasos.

Estas pueden ser parte de la solución, pero para que la solar reemplace totalmente a los combustibles fósiles, necesitará seguir creciendo a una tasa de dos dígitos durante décadas. Y el uso de la tierra se convertirá en un problema.

Por lo tanto, la mejor solución sería mezclar la producción agrícola y la generación de energía, usando un método llamado agrivoltaica (agricultura + fotovoltaica).

Fuente: Dezeen

Edificios agrícolas

La forma más sencilla de integrar la energía solar en las granjas sería primero aprovechar las superficies de techo notablemente grandes de los edificios agrícolas. Desde almacenes de heno hasta garajes y graneros, muchos edificios agrícolas tienen techos altos, grandes y uniformes que son perfectos para instalar paneles solares.

Fuente: X/Twitter

Aunque tal vez no sea técnicamente agrivoltaica, este es un primer paso que debería haberse tomado ayer.

Esto también debería ser un componente clave para alejar la agricultura de los combustibles fósiles mediante algunas iniciativas complementarias que de todos modos serán necesarias para otras formas de agrivoltaica:

• Electrificación de tractores y maquinaria agrícola.
  • Esto dependerá en gran medida de mejores baterías, ya que tractores demasiado pesados o no lo suficientemente autónomos harían que la opción no sea económicamente viable.
  • Esto también podría lograrse mediante una mayor adopción de robots agrícolas, tema que exploramos en “Investors Should Take Note: Robotics Is Taking Over Farming”.
• Almacenamiento de energía barato para guardar la energía necesaria en días sin sol o en invierno.
  • Esto puede lograrse especialmente con baterías térmicas, que podrían usarse para almacenar energía solar y mantener cálidos los refugios de animales interiores durante el invierno.
• Redes eléctricas más descentralizadas y robustas, para poder llevar a la red la producción realizada en granjas remotas.
• Financiamiento adecuado, ya que las granjas son un negocio de bajo margen y alta inversión de capital; la mayoría de los agricultores serán reacios a invertir si las tasas de interés son demasiado altas.
  • El precio del carbono podría también jugar un papel, permitiendo a los agricultores reducir sus emisiones con paneles solares.

Energía para la agricultura

El principal problema de mezclar agricultura y generación de energía solar es que, en teoría, ambos compiten por el mismo recurso: la luz solar.

La luz solar es, después de todo, la fuente de energía de las plantas cultivadas, ya sean cultivos o el pasto de un prado. De alguna forma, la agricultura ya está cosechando energía solar, aunque en forma de biomasa comestible en lugar de electricidad.

Así que a primera vista, podría parecer un sueño imposible. Pero al profundizar, es más complejo que simplemente que las plantas necesiten el sol que les quiten los paneles solares.

Fotoinhibición

Aunque es una simplificación conveniente, la fotosíntesis vegetal puede explicarse como un esquema sencillo como

“Luz, agua y CO₂ de entrada → azúcares de salida”, pero el proceso es en realidad muy complejo.

Algo que ocurre muy a menudo en condiciones reales de campo abierto es un fenómeno llamado fotoinhibición.

Esto ocurre cuando la luz solar es demasiado intensa para que la planta la absorba, provocando la producción de moléculas radicales oxidantes dañinas. Esto daña la capacidad fotosintética de la planta y reduce los rendimientos de los cultivos.

Fuente: Frontiers In Plant Science

Esto significa que en la mayoría de los días de verano, especialmente en latitudes del sur, la luz solar es demasiado fuerte y dañina para los cultivos. También significa que gran parte de la energía de la luz solar se “desperdicia” y no es capturada por el cultivo.

En este contexto, los paneles solares espaciados adecuadamente proporcionarán sombra beneficiosa, especialmente durante las horas pico de sol.

Reducir el consumo de agua

La sombra adicional también debería limitar el calor a nivel del suelo, ya que el calor extremo daña los rendimientos de los cultivos. Y en general puede reducir las necesidades de riego.

En algunos casos, el panel solar puede incluso ser una fuente de riego. Esto se debe a la tendencia de los paneles a condensar agua del rocío de la madrugada y dejarla “llover” debajo de ellos.

Este efecto podría ser aún más potente si utilizáramos un hidro‑gel absorbente de agua bajo los paneles fotovoltaicos. Esto solo usa el calor residual del panel, no la luz que se emplea para producir electricidad.

Durante la noche, el material recoge moléculas de agua. Pero durante el día, cuando el sol calienta el panel solar, las moléculas de agua se evaporan y también llevan consigo el exceso de energía térmica.

Industry Tap

Enfriamiento de los paneles solares

Los paneles solares pueden ayudar a proteger a las plantas de la luz excesiva y ayudarles a enfriarse, requiriendo menos agua.

Sin embargo, las plantas en el campo también pueden mejorar la eficiencia de los paneles solares. Esto se debe a que los paneles solares también pueden sufrir por la luz solar excesiva. Lo que ocurre es que la temperatura óptima para un panel solar está alrededor de 25 °C (77 °F). Por cada grado Celsius adicional, la eficiencia de un panel solar típicamente disminuye entre 0,3 % y 0,5 %.

Esto suele ser un problema para granjas solares en áreas desérticas calientes, donde temperaturas superiores a 40‑45 °C pueden dañar seriamente la economía del proyecto.

Al evaporar agua constantemente y crear una cubierta húmeda del suelo, los cultivos enfrían los primeros metros de aire sobre el terreno. Esto puede enfriar el panel solar y aumentar el rendimiento varios por ciento, especialmente en los días más calurosos del verano.

Integración de la ganadería y la energía solar

En áreas no desérticas, un problema habitual que enfrentan los operadores de granjas solares es la necesidad de mantener el crecimiento del pasto bajo control, o de lo contrario ver cómo el pasto sombrean los paneles solares.

Esto se gestiona más comúnmente contratando personas que operen segadoras para cortar el pasto. Y, curiosamente, con frecuencia estas segadoras funcionan con combustible.

Una alternativa es integrar la granja solar con animales de pastoreo como ovejas, gansos o vacas. En lugar de cortar el pasto con combustible, se come y se transforma orgánicamente en leche, lana, carne y cuero.

Esto requiere un poco de diseño dedicado, ya que el operador debe asegurarse de que los animales no muerdan los cables ni dañen los paneles. Pero en general, los animales podrán alcanzar perfectamente el pasto en cada rincón mientras generan ingresos de la tierra, en lugar de pagar un salario a un técnico de mantenimiento.

Como beneficio adicional, los paneles también proporcionarán a los animales refugio del sol y la lluvia.

Fuente: Rated Power

Apoyo a los viñedos

Un posible diseño, que recién está empezando a explorarse, es usar la estructura de los paneles solares como soporte para plantas como vides y uvas.

Esto puede reducir la mano de obra requerida para instalar el viñedo, ya que la armadura de los paneles solares tiene una doble función y es muy robusta. También proporcionará el mismo beneficio en cuanto a sombras, reducirá las necesidades de riego, etc.

Fuente: Vinetur

Por ahora, este “vitivoltaico” (viticultura + fotovoltaica) sigue siendo una idea relativamente experimental, especialmente porque podría afectar el sabor del vino resultante. Y con la elaboración del vino, se necesitan muchos años para evaluar plenamente los beneficios y limitaciones.

Sin embargo, hay muchas pruebas en curso con resultados prometedores, como por ejemplo en Alemania, Francia, Italia, y España.

Paneles bifaciales verticales

La agrivoltaica podría beneficiarse de innovaciones en la tecnología solar. Una de ellas son los paneles bifaciales.

Están diseñados para producir energía a partir de la luz que llega tanto por el frente como por la parte trasera del panel. Esto puede aumentar su rendimiento energético total.

También pueden permitir nuevos tipos de instalación, como por ejemplo colocar los paneles verticalmente, en un eje Este‑Oeste.

Esa instalación puede tener muchas ventajas:

• En muchos climas, el Sol del mediodía “satura” la capacidad del panel para absorber luz, reduciendo el interés de orientarlos al sur pleno.
• Una mejor circulación de aire reduce la temperatura del panel, disminuyendo la pérdida de rendimiento por sobrecalentamiento.
• Los paneles pueden absorber luz reflejada, como la de campos nevados.
• Es menos probable que la nieve cubra el panel.
• El eje Este‑Oeste maximiza la producción en la mañana y la tarde, cuando la demanda de energía es más alta y la producción solar “falta”.

Fuente: Wikipedia

Cuando se mezclan en la agrivoltaica, los paneles bifaciales instalados verticalmente podrían integrarse mucho más fácilmente en hileras tradicionales de cultivos, sin interferir con el arado, deshierbe y cultivo realizados por grandes tractores.

Solar flotante

Las granjas solares flotantes se han discutido como una alternativa a las granjas solares terrestres, ya que grandes cuerpos de agua como estanques y lagos son generalmente menos valiosos y productivos que la tierra agrícola.

Aquí también, los paneles solares podrían combinarse con la producción de alimentos o, más específicamente, con la acuicultura.

Fuente: Global Sea Food Alliance

En la mayoría de los sistemas de acuicultura, los peces se alimentan con comida producida en otro lugar, por lo que la producción de algas en el agua (a partir de la luz solar) no es muy importante o incluso resulta netamente negativa.

Esto también podría proporcionar a la granja de peces una segunda fuente de ingresos.

Nada es perfecto

A pesar de sus muchas ventajas, las instalaciones agrivoltaicas deberán enfrentar algunos problemas que probablemente sean intratables.

Complejidad

Porque combinan dos sistemas relativamente complejos, los diseños agrivoltaicos son más difíciles de crear e implementar:

• Se necesita encontrar el compromiso adecuado entre la luz solar necesaria para los cultivos y la disposición más densa posible de los paneles solares.
• Se debe reservar espacio para la circulación de equipos agrícolas que a menudo son grandes y pesados.
• Los agricultores deben ser educados sobre el potencial de la tecnología y acompañados en el proceso de convertir los campos a técnicas agrivoltaicas.

Pérdida de productividad

A pesar de las numerosas sinergias potenciales, es probable que la agrivoltaica conduzca a menores rendimientos agrícolas y menores rendimientos fotovoltaicos por metro cuadrado.

El rendimiento total podría ser mayor que si la misma superficie se dividiera entre un solo uso.

Pero aun así, esto puede generar problemas como el aumento del costo de conexión del panel a una superficie mayor o la limitación de la eficiencia del rociado de pesticidas y fertilizantes.

La complejidad adicional también puede generar tareas más complejas, lo que puede costar horas de trabajo extra y reducir la eficiencia económica global del programa.

Conclusión

La agrivoltaica es una dirección probable que tomarán las grandes granjas solares, especialmente en regiones con tierras cultivables que deben preservarse para la producción de alimentos.

Sin embargo, tomará tiempo, ya que los expertos deberán optimizar el diseño, capacitar a instaladores solares, convencer a los agricultores, disponer de financiación, etc.

El escenario más probable es la adopción por parte de innovadores tempranos mientras largas filas de paneles bifaciales verticales elevados se integran con un esfuerzo mínimo en granjas tradicionales.

A largo plazo, podría convertirse en una vista mucho más común, especialmente cuando se combine con una flota de pequeños robots.

Estos usarán la electricidad de estos paneles para sembrar y monitorear cultivos, controlar malezas con láseres, cosechar frutas, etc.

Fuente: Advanced.farm

Invertir en agrivoltaica

La agrivoltaica sigue siendo, por ahora, un campo relativamente emergente, con la mayoría de los profesionales solares apenas comenzando a adaptarse a su potencial.

Así que por ahora, las granjas solares compiten mayormente con la agricultura por la tierra. Pero en el futuro, los más de 500 millones de agricultores del mundo podrían proporcionar al resto de la población global no solo su alimento sino también su energía.

Puede invertir en compañías solares a través de muchos corredores, y aquí puede encontrar, en securities.io, nuestras recomendaciones para los mejores corredores en EE. UU., Canadá, Australia, Reino Unido, así como muchos otros países.

Si no le interesa seleccionar compañías solares específicas, también puede considerar ETFs como Global X Solar ETF (RAYS), Invesco Solar ETF (TAN), o Global X China Clean Energy ETF (2809.HK), que le ofrecerán una exposición más diversificada para capitalizar la industria solar y de energía limpia.

También puede leer nuestro artículo sobre los “Top 10 Solar Power Stocks to Invest In”.

Compañías solares

1. Daqo New Energy Corp.

Esta empresa china es una de las líderes mundiales en producción de polisilicio, el componente central para la fabricación de paneles solares. Esto también convierte a Daqo en uno de los pilares fundadores del dominio de China sobre el sector de fabricación solar.

La compañía ha estado aumentando su capacidad de producción muy rápidamente, más de 8 veces desde 2019.

Fuente: Daqo

La posición de Daqo en el centro de la cadena de suministro de paneles solares le permitió beneficiarse enormemente del crecimiento del sector, con ingresos que pasaron de 0,68 mil millones de dólares en 2020 a 4,6 mil millones en 2022. Después de un auge en 2022, los precios del polisilicio se han enfriado, provocando que el precio de la acción se desplome desde su pico de 2021.

La comunicación y el sitio web de la compañía son algo escasos, pero no es raro para una empresa industrial B2B, más enfocada en su imagen dentro de la industria que en el público general o inversores extranjeros.

Las acciones se han negociado a precios muy bajos en relación con el P/E o el flujo de caja. Esto se debe parcialmente a controversias, con la compañía vinculada al uso de trabajo forzado en Xinjiang y conversaciones en Washington DC sobre sanciones adicionales contra empresas que operan en la región.

Los inversores deben ser conscientes de que la acción de Daqo conlleva un riesgo geopolítico muy real y un gran potencial financiero debido a sus múltiplos de valoración bajos.

2. JinkoSolar Holding Co., Ltd.

Jinko es uno de los mayores fabricantes de paneles solares del mundo, y está basado mayormente en China. Para evitar aranceles, la compañía está diversificando su base de fabricación, con producción de obleas de silicio en Vietnam y fabricación de celdas solares en Malasia y EE. UU.

Fuente: Jinko Solar

En cualquier caso, la compañía no está excesivamente expuesta a los mercados occidentales, con China, Asia Pacífico (APAC) y mercados emergentes constituyendo la mayor parte del negocio.

Fuente: Jinko Solar

Jinko ha entregado 230 GW de celdas solares en la historia de la compañía y 20 GW en el primer trimestre de 2024, frente a 14,5 GW hace un año.

Esto convierte a Jinko en el número 1 en la industria fotovoltaica.

La célula solar más avanzada de Jinko, la N‑type, logra una notable eficiencia energética del 25,8 %. También ofrece paneles bifaciales.

En 2023, la N‑type representó más del 80 % de las ventas totales de Jinko, y se espera que la capacidad de una instalación de 56 GW alcance su velocidad plena a finales de 2024 para cubrir el 90 % de la entrega al final del año.

Se espera que la capacidad total de producción alcance entre 120‑130 GW, casi la mitad de la producción acumulada de la compañía en toda su historia.

Buscando “verdear” el perfil de su producto, Jinko Solar también lanzó NeoGreen, el primer panel solar N‑type producido íntegramente con energía renovable (en lugar del carbón, que es el más usado en China).

El crecimiento ultra‑agresivo de Jinko en capacidad de producción refleja la confianza de la compañía en su tecnología N‑type y la ambición de conquistar los mercados de exportación de Asia, África y Sudamérica. Y la perspectiva general de que la energía solar se apodere de los sistemas energéticos del mundo.