Estudo da Universidade de Jaén mostra que coberturas fotovoltaicas diminuíram o calor, reduziram a evapotranspiração em até 61,3% e geraram eletricidade durante cultivos experimentais de tomates e alfaces na Espanha, ao longo de sete ciclos.
Pesquisadores da Universidade de Jaén, na Espanha, demonstraram que painéis solares semitransparentes instalados na cobertura de pequenas estufas experimentais podem produzir eletricidade e, simultaneamente, criar um ambiente mais fresco e úmido para os cultivos.
Durante os testes, a temperatura caiu até 5 °C nos momentos mais críticos, enquanto a perda estimada de água por evapotranspiração diminuiu mais de 60% em uma das configurações.
A tecnologia faz parte da chamada agrivoltaica, modelo que utiliza uma mesma área para produção agrícola e geração de energia solar.
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Em vez de bloquear completamente a passagem da luz, os módulos semitransparentes absorvem uma parcela da radiação para produzir eletricidade e permitem que outra parte alcance as plantas.
Os experimentos foram conduzidos com tomates e alfaces em Jaén, região de clima mediterrâneo semiárido, marcada por verões quentes, baixa umidade e forte incidência solar.
Os resultados indicam que a sombra controlada pode proteger as plantas do excesso de radiação, mas os efeitos variam conforme a tecnologia fotovoltaica, o cultivo e a época do ano.
Painéis solares semitransparentes foram comparados em três miniestufas
Para avaliar o funcionamento do sistema, os pesquisadores construíram três miniestufas de aproximadamente dois metros quadrados cada. Duas receberam coberturas fotovoltaicas, enquanto a terceira, coberta com material transparente convencional, serviu como unidade de controle.
Uma das tecnologias analisadas foi a de telurieto de cádmio, conhecida pela sigla CdTe. Esses módulos permitiam a passagem de aproximadamente 50% da radiação solar incidente. A segunda utilizava silício amorfo, ou a-Si, e apresentava transparência próxima de 20%.
De acordo com a Fundação Descubre, vinculada à divulgação científica da Junta da Andaluzia, os primeiros experimentos acompanharam sucessivos cultivos de tomates e alfaces.
O objetivo central era compreender como cada cobertura modificava as condições ambientais nas quais as plantas cresciam.
Os protótipos foram equipados com sensores que registravam informações a cada cinco minutos. Entre as variáveis monitoradas estavam temperatura e umidade do ar, condições do solo, concentração de dióxido de carbono, quantidade e tipo de luz que atravessavam os módulos e produção elétrica dos painéis.
Com esse acompanhamento, a equipe pôde comparar não apenas quanto de luz chegava às plantas, mas também quais faixas do espectro solar atravessavam cada tipo de cobertura.
Temperatura caiu até 5 °C durante momentos críticos
Os dois sistemas fotovoltaicos reduziram a quantidade total de radiação que chegava aos cultivos. Essa sombra, no entanto, também limitou o aquecimento excessivo das estufas e aumentou a umidade relativa do ambiente.
Nos períodos mais críticos, os pesquisadores registraram temperaturas internas até 5 °C inferiores às observadas na estrutura de controle. O efeito não representa uma redução constante de cinco graus durante todo o período experimental, mas o maior resfriamento pontual identificado nos testes.
O estudo publicado na revista científica AgriEngineering mostrou ainda que os painéis ajudaram a controlar o superaquecimento do solo em até 17,8%.
Esse efeito pode ser especialmente relevante durante períodos de radiação intensa, quando temperaturas muito elevadas aumentam o estresse das plantas.
Mesmo dentro dos protótipos fotovoltaicos, as condições permaneceram severas em alguns momentos do verão. O déficit de pressão de vapor, indicador relacionado à capacidade do ar de retirar água das plantas e do solo, chegou a valores entre 6,5 e 7 quilopascais nos períodos mais extremos.
Apesar disso, a diminuição da radiação fez com que a evapotranspiração de referência máxima permanecesse próxima de 3,09 milímetros por dia no sistema CdTe e de 1,64 milímetro por dia na estufa com silício amorfo. Na unidade de controle, esse valor superou 4,6 milímetros diários.
Redução da evapotranspiração chegou a 61,3%
Em média, a evapotranspiração de referência foi reduzida em 31,4% na estufa com módulos de telurieto de cádmio e em 61,3% no protótipo coberto por silício amorfo.
A evapotranspiração de referência é uma estimativa da perda de água causada pela evaporação e pela transpiração vegetal sob determinadas condições ambientais. Portanto, os percentuais não significam que toda estufa comercial economizará exatamente a mesma quantidade de água.
Os números mostram que o ambiente mais sombreado, fresco e úmido apresentou uma demanda atmosférica menor. Na prática, essa condição pode reduzir a necessidade de irrigação, mas a economia efetiva dependerá do cultivo, do sistema de manejo, do clima e das características de cada instalação.
Alejandro Cruz-Escabias, pesquisador da Universidade de Jaén e coautor dos estudos, afirmou à Fundação Descubre que a redução no consumo de água também pode diminuir os gastos associados à irrigação. Segundo ele, a eletricidade produzida pelos módulos poderia representar uma segunda fonte de receita para o proprietário.
Essa possibilidade econômica ainda depende de testes em estruturas maiores e de avaliações que considerem custos de compra, instalação, manutenção e vida útil dos equipamentos. Os experimentos divulgados não apresentaram um cálculo completo de rentabilidade para estufas comerciais.
Tipo de luz se mostrou tão importante quanto a quantidade
Embora o módulo de silício amorfo tenha proporcionado a maior redução estimada na evapotranspiração, o painel CdTe apresentou uma vantagem relacionada à qualidade da luz disponível para as plantas.
A cobertura de telurieto de cádmio permitiu melhor passagem de comprimentos de onda azuis e vermelhos, faixas especialmente aproveitadas pelas plantas durante a fotossíntese.
O estudo calculou um ganho relativo de 66% em radiação biologicamente útil, na comparação com o módulo de silício amorfo, que bloqueava uma parcela maior da faixa azul.
Isso significa que uma cobertura mais transparente não necessariamente oferece apenas mais luz. Dependendo do material utilizado, ela também pode favorecer determinados comprimentos de onda importantes para o desenvolvimento vegetal.
Por outro lado, os resultados não indicam que reduzir a iluminação seja sempre benéfico. Em áreas com menor incidência solar, durante outras estações do ano ou em cultivos mais exigentes em luz, um sombreamento intenso pode limitar a produção.
Tomates e alfaces reagiram de maneiras diferentes
A equipe também avaliou como tomates e alfaces responderam às coberturas ao longo de 19 meses e sete ciclos de cultivo. Os resultados foram apresentados em um segundo estudo, publicado na revista Sustainability.
As plantas não permaneceram passivas diante da redução de luminosidade. Em diferentes ciclos, elas modificaram sua estrutura, aumentando a área das folhas ou alongando os caules para aproveitar melhor a radiação disponível.
As respostas, entretanto, não foram uniformes. O desempenho dependeu da espécie, do módulo instalado e das condições ambientais de cada ciclo. No caso da alface, a expansão da área foliar ajudou algumas plantas a compensar parcialmente a menor disponibilidade de luz.
Em um ciclo prolongado de frutificação realizado durante condições quentes, os tomates cultivados sob a cobertura CdTe apresentaram potencial de rendimento até 40% superior ao controle. O resultado foi relacionado à combinação entre passagem de luz útil e proteção térmica oferecida pelo módulo.
Esse aumento foi observado em uma condição específica e não deve ser interpretado como ganho garantido para todos os ciclos ou estufas. O estudo é apresentado pelos autores como uma prova de conceito destinada a compreender a interação entre tecnologia fotovoltaica, microclima e fisiologia vegetal.
Próxima etapa será aproximar o sistema da escala comercial
Os protótipos foram instalados em Jaén, mas os pesquisadores apontam semelhanças climáticas com Almería, um dos principais centros de agricultura protegida da Espanha.
A comparação abre a possibilidade de aplicação futura da tecnologia em regiões com verões muito quentes e baixa umidade.
A equipe pretende avançar para avaliações em Murcia, utilizando uma estufa que reproduza de maneira mais próxima uma instalação comercial. Essa etapa será necessária para analisar o comportamento dos módulos em estruturas maiores e sob condições operacionais reais.
Os resultados obtidos até agora mostram que a agrivoltaica pode ir além da simples divisão do espaço entre painéis e plantações.
Quando a transparência e o espectro do módulo são compatíveis com as necessidades do cultivo, a cobertura também pode funcionar como uma barreira contra calor e radiação excessivos.
A aplicação em larga escala, porém, dependerá da confirmação do desempenho agrícola, energético e econômico em estufas comerciais.
Até o momento, os dados demonstram um potencial técnico: produzir eletricidade sobre a mesma área agrícola, reduzir extremos de temperatura e diminuir a demanda estimada de água sem necessariamente impedir o desenvolvimento das plantas.
