Agrivoltaics para Unir Fazendas “Reais” com Fazendas Solares

Terras Solares?

Solar está se tornando rapidamente uma fonte de energia importante. O mercado de energia solar cresceu enormemente nos últimos anos e ainda deve crescer a uma taxa de 15,4% CAGR nos EUA até 2030.

Fonte: Grand View Research

A adoção de energia solar pelo Ocidente é, na verdade, ofuscada pelo crescimento global da energia solar, com a China liderando, pois é responsável por mais projetos de energia solar do que o resto do mundo combinado.

China tem aumentado sua capacidade de energia renovável ano após ano, instalando mais energia solar entre 2023 e 2024 do que nos três anos anteriores combinados, e mais do que a capacidade total global instalada em 2023.

Isso colocou o gigante asiático no caminho para alcançar uma capacidade instalada de vento e solar de 1.200 GW até o final do ano, ficando seis anos à frente da meta governamental.

Fonte: Energy Wind Down Media

Isso levou publicações importantes como The Economist a literalmente chamar isso de uma nova era. Exploramos que nova tecnologia tornará isso realidade em “The Solar Age – A Bright Future To Mankind”.

Fonte: The Economist

O progresso na fabricação de semicondutores e a economia de escala crescente na produção de painéis solares levaram a uma queda constante nos custos fotovoltaicos, que se tornaram 30 vezes mais baratos desde 1990. Como resultado, a tecnologia fotovoltaica agora domina a indústria solar.

Fonte: EIA

No entanto, a energia solar está começando a enfrentar um problema. Isso ocorre porque a energia solar tem densidade energética relativamente baixa quando se considera o uso da terra.

Na verdade, é uma das fontes de energia menos eficientes em termos de uso da terra, com apenas energia eólica, hidrelétrica e biomassa neutras em carbono apresentando desempenho pior.

Fonte: Wouter Beel Gravendeel

Isso leva a situações onde terras agrícolas ou habitats naturais são cobertos com painéis solares para fazendas solares de escala utilitária. Portanto, embora isso reduza as emissões de carbono, traz muitos efeitos colaterais indesejados, desde a destruição de habitats naturais até o risco de erosão, especialmente em áreas montanhosas.

Por exemplo, na província de Fujian, na China, pode-se ver a totalidade dessas colinas cobertas por painéis solares.

Fonte: The Atlantic

Escassez de Terras Aráveis

Este é um problema crescente, pois já estamos perdendo muita terra arável a cada ano, até 100 milhões de hectares por ano. O maior fator nessas perdas não são as fazendas solares, mas erosão, desertificação, urbanização, práticas agrícolas inadequadas, etc.

No entanto, isso não significa que a solução para um problema (emissões de carbono) deva se tornar um problema para outra questão importante (perdas de terra arável).

Algumas soluções são óbvias, como utilizar telhados, especialmente de edifícios industriais, mas também residenciais. Utilizar terras desérticas pode ser outra opção, mas esses ecossistemas também são frágeis, e a remoção de poeira consome muitos recursos hídricos locais escassos.

Essas podem fazer parte da solução, mas para que a energia solar substitua totalmente os combustíveis fósseis, ela precisará continuar crescendo em taxa de dois dígitos por décadas. E o uso da terra se tornará um problema.

Portanto, a melhor solução seria misturar produção agrícola e de energia, usando um método chamado agrivoltaics (agricultura + fotovoltaica).

Fonte: Dezeen

Edifícios Agrícolas

A maneira mais simples de integrar energia solar nas fazendas seria primeiro aproveitar as superfícies de telhado notavelmente grandes dos edifícios agrícolas. Desde armazéns de feno até garagens e celeiros, muitos edifícios agrícolas têm telhados altos, grandes e uniformes que são perfeitos para instalar painéis solares.

Fonte: X/Twitter

Embora talvez não seja tecnicamente agrivoltaico, este é um primeiro passo que deveria ter sido tomado ontem.

Isso também deve ser um componente chave na transição da agricultura dos combustíveis fósseis por meio de algumas iniciativas complementares que de qualquer forma serão necessárias para outras formas de agrivoltaics:

• Eletrificação de tratores e máquinas agrícolas.
  • Isso dependerá muito de baterias melhores, pois tratores muito pesados ou não suficientemente autônomos tornariam a opção economicamente inviável.
  • Isso também poderia ser feito por meio da maior adoção de robôs agrícolas, tema que exploramos em “Investors Should Take Note: Robotics Is Taking Over Farming”.
• Armazenamento de energia barato para armazenar a energia necessária nos dias sem sol ou no inverno.
  • Isso pode ser especialmente alcançado com baterias térmicas, que poderiam ser usadas para armazenar energia solar e manter instalações agrícolas como abrigos internos para animais aquecidos no inverno.
• Redes elétricas mais descentralizadas e robustas, para poder levar à rede a produção feita em fazendas remotas.
• Financiamento adequado, já que as fazendas são negócios de baixa margem e alto investimento de capital; a maioria dos agricultores ficará relutante em investir se as taxas de juros forem muito altas.
  • A precificação de carbono pode também desempenhar um papel, permitindo que os agricultores reduzam suas emissões com painéis solares.

Energia Agrícola

O principal problema ao misturar agricultura e geração de energia solar é que, em teoria, ambos competem pelo mesmo recurso: a luz solar.

A luz solar é, afinal, a fonte de energia das plantas cultivadas, seja de culturas ou da grama em pastagens. De certa forma, a agricultura já está colhendo energia solar, embora na forma de biomassa comestível em vez de eletricidade.

Fotoinibição

Embora seja uma simplificação conveniente, a fotossíntese das plantas pode ser explicada como um esquema simples como

“Luz de entrada, água e CO₂ → açúcares de saída”, o processo é na verdade muito complexo.

Um fenômeno que ocorre com muita frequência em condições reais de campo aberto é chamado fotoinibição.

Isso acontece quando a luz solar é intensa demais para a planta absorver, causando a produção de moléculas radicais oxidantes danosas. Isso prejudica a capacidade fotossintética da planta e reduz os rendimentos das colheitas.

Fonte: Frontiers In Plant Science

Isso significa que na maioria dos dias de verão, especialmente em latitudes sul, a luz solar é forte demais e danosa para as culturas. Também significa que a maior parte da energia da luz solar é “desperdiçada” e não capturada pela cultura.

Nesse contexto, painéis solares devidamente espaçados proporcionarão sombra benéfica, especialmente durante as horas de pico de luz solar.

Reduzir o Uso de Água

A sombra adicional também deve limitar o calor ao nível do solo, com calor extremo prejudicando os rendimentos das culturas. E pode, de modo geral, reduzir as necessidades de irrigação.

Em alguns casos, o painel solar pode até ser uma fonte de irrigação. Isso ocorre devido à tendência dos painéis de condensar água do orvalho matinal e “chover” abaixo deles.

Esse efeito poderia ser ainda mais poderoso se utilizássemos hidrogel absorvente de água sob os painéis fotovoltaicos. Isso usa apenas o calor residual do painel solar, não a luz usada para produzir eletricidade.

Durante a noite, o material coleta moléculas de água. Mas durante o dia, quando o sol aquece o painel solar, as moléculas de água evaporam e também levam consigo o excesso de energia térmica.

Industry Tap

Resfriamento dos Painéis Solares

Os painéis solares podem ajudar a proteger as plantas da luz excessiva e ajudá‑las a esfriar, exigindo menos água.

No entanto, as plantas no campo também podem melhorar a eficiência dos painéis solares. Isso porque os painéis também podem sofrer com luz solar excessiva. O que acontece é que a temperatura ideal para um painel solar é cerca de 25 °C (77 °F). Para cada grau Celsius acima, a eficiência do painel normalmente diminui de 0,3 % a 0,5 %.

Isso costuma ser um problema para fazendas solares em áreas desérticas quentes, onde temperaturas acima de 40‑45 °C podem prejudicar seriamente a viabilidade econômica do projeto.

Ao evaporar água constantemente e criar uma cobertura úmida no solo, as culturas resfriam os primeiros metros de ar acima do solo. Isso pode resfriar o painel solar e aumentar o rendimento em vários por cento, especialmente nos dias de verão mais quentes.

Integração da Pecuária & Energia Solar

Em áreas não desérticas, um problema recorrente que operadores de fazendas solares enfrentam é a necessidade de controlar o crescimento da grama, caso contrário a grama sombreia os painéis solares.

Isso costuma ser gerido contratando pessoas para operar roçadeiras e cortar a grama. E ironicamente, na maioria das vezes, essas roçadeiras são movidas a combustível.

Uma alternativa é integrar a fazenda solar com animais de pasto como ovelhas, gansos ou vacas. Em vez de cortar a grama usando combustível, ela é comida e transformada organicamente em leite, lã, carne e couro.

Isso requer um pouco de design dedicado, pois o operador precisará garantir que os animais não mastiguem cabos ou danifiquem os painéis. Mas, no geral, os animais poderão alcançar a grama em todos os cantos enquanto geram renda da terra, ao invés de exigir um salário de técnico de manutenção.

Como bônus extra, os painéis também proporcionarão aos animais abrigo contra sol e chuva.

Fonte: Rated Power

Suporte para Videiras

Um possível design, ainda em fase de exploração, é usar a estrutura dos painéis solares como suporte para plantas como videiras e uvas.

Isso pode reduzir a mão‑de‑obra necessária para instalar a vinha, já que a armação dos painéis tem dupla função e é muito robusta. Também proporcionará o mesmo benefício em relação às sombras, reduzirá as necessidades de irrigação, etc.

Fonte: Vinetur

Por enquanto, esse “vitivoltaics” (viticultura + fotovoltaica) ainda é uma ideia relativamente experimental, especialmente porque pode afetar o sabor do vinho resultante. E na produção de vinho, são necessários muitos anos para avaliar plenamente os benefícios e limitações.

Ainda assim, há muitos testes em andamento com resultados iniciais promissores, como, por exemplo, na Alemanha, França, Itália e Espanha.

Painéis Bifaciais Verticais

Agrivoltaics pode se beneficiar de inovações na tecnologia solar. Uma delas são os painéis bifaciais.

Eles são projetados para captar luz tanto da frente quanto da parte traseira do painel. Isso pode, de modo geral, aumentar seu rendimento energético.

Também pode viabilizar novos tipos de instalação, como, por exemplo, colocar os painéis verticalmente, em um eixo Leste‑Oeste.

Tal instalação pode ter muitas vantagens:

• Em muitos climas, o Sol ao meio‑dia “satura” a capacidade do painel de absorver luz, reduzindo o interesse de ficar voltado totalmente ao Sul.
• Melhor circulação de ar reduz a temperatura do painel, diminuindo a perda de rendimento por superaquecimento.
• Os painéis podem absorver luz refletida, como a de campos nevados.
• A neve tem menos probabilidade de cobrir o painel.
• O eixo Leste‑Oeste maximiza a produção pela manhã e à noite, quando a demanda de energia é maior e a produção solar está “ausente”.

Fonte: Wikipedia

Quando misturados ao agrivoltaics, painéis bifaciais instalados verticalmente poderiam ser muito mais fáceis de integrar às linhas tradicionais de culturas, sem interferir no arado, capina e cultivo realizados por grandes tratores.

Solar Flutuante

Fazendas solares flutuantes têm sido discutidas como alternativa às fazendas solares terrestres, já que grandes corpos d’água como lagoas e lagos são geralmente menos valiosos e produtivos que terras agrícolas.

Aqui também, os painéis solares poderiam ser misturados à produção de alimentos ou, mais especificamente, à aquicultura.

Fonte: Global Sea Food Alliance

Na maioria dos sistemas de aquicultura, os peixes são alimentados com ração produzida em outro lugar, tornando a produção de algas na água (a partir da luz solar) pouco importante ou até mesmo um efeito negativo.

Isso também poderia proporcionar à fazenda de peixes uma segunda fonte de receita.

Nada é Perfeito

Apesar de suas muitas vantagens, instalações agrivoltaicas precisarão lidar com alguns problemas que provavelmente são intratáveis.

Complexidade

Porque elas combinam 2 sistemas relativamente complexos, os projetos agrivoltaicos são mais difíceis de criar e implementar:

• É necessário encontrar o compromisso certo entre a luz solar necessária para as culturas e a disposição mais densa possível dos painéis solares.
• É preciso reservar espaço para a circulação de equipamentos agrícolas que costumam ser grandes e pesados.
• Os agricultores precisam ser educados sobre o potencial da tecnologia e acompanhados no processo de conversão dos campos para técnicas agrivoltaicas.

Perda de Produtividade

Apesar de muitas sinergias potenciais, é provável que o agrivoltaico leve a menores rendimentos agrícolas e menores rendimentos fotovoltaicos por metro quadrado.

O rendimento total pode ser maior do que para a mesma superfície dividida entre apenas um uso.

Mas ainda assim, isso pode causar problemas como o aumento do custo de conexão do painel a uma superfície maior ou limitar a eficiência da pulverização de pesticidas e fertilizantes.

A complexidade extra também pode gerar tarefas mais complexas, que podem custar horas de trabalho adicionais e reduzir a eficiência econômica geral do programa.

Conclusão

Agrivoltaics é uma direção provável que grandes fazendas solares seguirão, especialmente em regiões com terras aráveis que precisam ser preservadas para a produção de alimentos.

No entanto, levará tempo, pois especialistas precisarão otimizar o design, instaladores solares treinados, agricultores convencidos, financiamento disponibilizado, etc.

O cenário mais provável é a adoção por inovadores iniciais enquanto longas linhas de painéis bifaciais verticais elevados são integradas com esforço mínimo às fazendas tradicionais.

À longo prazo, pode se tornar uma visão muito mais comum, especialmente quando combinada com uma frota de pequenos robôs.

Eles usarão a eletricidade desses painéis para plantar & monitorar culturas, controlar ervas daninhas com lasers, colher frutas, etc.

Fonte: Advanced.farm

Investindo em Agrivoltaics

Agrivoltaics ainda é, por enquanto, um campo relativamente emergente, com a maioria dos profissionais solares apenas começando a se adaptar ao seu potencial.

Portanto, por enquanto, as fazendas solares competem principalmente com a agricultura por terra. Mas no futuro, os mais de 500 milhões de agricultores do mundo podem estar fornecendo ao restante da população global não apenas alimentos, mas também energia.

Você pode investir em empresas solares através de várias corretoras, e pode encontrar aqui, em securities.io, nossas recomendações das melhores corretoras nos Estados Unidos, Canadá, Austrália, Reino Unido, e em muitos outros países.

Se você não está interessado em escolher empresas solares específicas, também pode considerar ETFs como Global X Solar ETF (RAYS), Invesco Solar ETF (TAN), ou Global X China Clean Energy ETF (2809.HK), que proporcionarão uma exposição mais diversificada para capitalizar sobre a indústria solar e de energia limpa.

Você também pode ler nosso artigo sobre o “Top 10 Solar Power Stocks to Invest In”.

Empresas Solares

1. Daqo New Energy Corp.

Esta empresa chinesa é uma das líderes mundiais na produção de policristal de silício, o componente central para a fabricação de painéis solares. Isso também faz da Daqo um dos pilares fundadores da dominação da China sobre o setor de fabricação solar.

A empresa tem aumentado sua capacidade de produção muito rapidamente, mais de 8 vezes desde 2019.

Fonte: Daqo

A posição da Daqo no centro da cadeia de suprimentos de painéis solares permitiu que ela se beneficiasse grandemente do crescimento do setor, com receitas crescendo de US$ 0,68 bilhão em 2020 para US$ 4,6 bilhões em 2022. Após um pico em 2022, os preços do policristal de silício esfriaram, fazendo o preço das ações despencar do pico de 2021.

O site e a comunicação da empresa são um pouco fracos, mas isso não foge ao caráter de uma empresa industrial B2B, mais focada em sua imagem dentro da indústria do que no grande público ou investidores estrangeiros.

As ações têm sido negociadas a preços muito baixos em relação ao P/E ou fluxo de caixa. Isso se deve parcialmente a controvérsias, com a empresa ligada ao uso de trabalho forçado em Xinjiang e discussões em Washington DC sobre sanções adicionais contra empresas que operam na região.

Os investidores devem estar cientes de que as ações da Daqo carregam um risco geopolítico muito real e um grande potencial financeiro devido aos seus múltiplos de avaliação baixos.

2. JinkoSolar Holding Co., Ltd.

Jinko é um dos maiores fabricantes de painéis solares do mundo, e está baseada principalmente na China. Para evitar tarifas, a empresa está diversificando sua base de fabricação, com produção de wafers de silício no Vietnã e fabricação de células solares na Malásia e nos EUA.

Fonte: Jinko Solar

Em qualquer caso, a empresa não está excessivamente exposta aos mercados ocidentais, com a China, a região Ásia‑Pacífico (APAC) e mercados emergentes representando a maior parte dos negócios da empresa.

Fonte: Jinko Solar

A Jinko entregou 230 GW de células solares ao longo da história da empresa e 20 GW no 1º trimestre de 2024, acima dos 14,5 GW de um ano atrás.

Isso faz da Jinko a número 1 na indústria fotovoltaica.

A célula solar mais avançada da Jinko, a N‑type, atinge uma notável eficiência energética de 25,8 %. Ela também oferece painéis bifaciais.

Em 2023, a N‑type assumiu a maior parte das vendas da Jinko, representando 80 % de todo o volume enviado, com mais capacidade proveniente de uma instalação de produção de 56 GW que deve atingir plena velocidade até o final de 2024 para compor 90 % das entregas até o final do ano.

A capacidade total de produção deve chegar a 120‑130 GW, ou quase metade da produção cumulativa da empresa em toda a sua história.

Buscando tornar seu perfil de produto mais verde, a Jinko Solar também lançou a NeoGreen, o primeiro painel solar N‑type produzido inteiramente com energia renovável (em vez do carvão comumente usado na China).

O crescimento ultra‑agressivo da Jinko em capacidade de produção reflete a confiança da empresa em sua tecnologia N‑type e a ambição de conquistar os mercados de exportação da Ásia, África e América do Sul. E a perspectiva geral de que a energia solar assumirá os sistemas energéticos do mundo.