AgriVoltaico - Uso combinado do solo para geração solar fotovoltaica e agricultura

A instalação de geradores solares fotovoltaicos em solo normalmente ocupa toda a área projetada pelo arranjo dos módulos solares, sem que se possa utilizar a área sob eles para qualquer outra atividade produtiva. Neste contexto, o custo da área ocupada pelo gerador solar precisa ser quantificado e levado em conta na avaliação econômica que embasará a decisão de realizar a instalação em solo.

Por outro lado, os geradores fotovoltaicos instalados sobre o telhado ou fachada das edificações ou sobre estacionamentos de automóveis podem ser considerados como usinas que ocupam espaço zero, ou que compartilham o espaço com outro uso de grande valia.

Em 1982 o fundador do Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems na Alemanha, Prof. A. Goetzberger, e seu colega A. Zastrow publicaram na revista Solar Energy (Vol. 1, p. 55-69) o artigo intitulado “On the coexistence of solar energy conversion and plant cultivation”, propondo o duplo uso de áreas agriculturáveis para a produção simultânea de energia e de alimento.

Este conceito, denominado de AgriVoltaico, AgriSolar, ou AgriPV, ficou esquecido por várias décadas até que nos últimos anos foi ressuscitado e se encontra atualmente em rápida ascensão na Europa, Ásia e Estados Unidos. Várias das empresas integradoras de sistemas fotovoltaicos conectados na rede oferecem a opção do AgriVoltaico nestes países, mas no Brasil ainda não se tem notícia de nenhum projeto nesta área.

Por aqui, quando se completam os 10 anos da entrada em vigor da Resolução Normativa 482/2012 da ANEEL e se chega na casa dos 1 milhão de instalações solares fotovoltaicas na modalidade de Geração Distribuída (GD), estamos fazendo muito bom uso das áreas compartilhadas entre geradores de energia limpa e a envoltória das nossas edificações. Mas quando se trata do uso de áreas em solo, quase sempre agriculturáveis, podemos começar a explorar o conceito do AgriVoltaico, otimizando o uso da terra e trazendo renda adicional para o agricultor.

As figuras abaixo ilustram o conceito, no qual os módulos solares fotovoltaicos são montados sobre estruturas (normalmente) metálicas (normalmente) fixas e a uma altura do solo consideravelmente maior daquela tipicamente utilizada em instalações em solo.

Para suportar as cargas de vento que são maiores por conta da altura, estas estruturas, que têm entre 2 e 3 metros de altura tipicamente, precisam ser um tanto mais robustas do que as tradicionais e é comum que as fileiras de módulos sejam travadas entre si para oferecer maior resistência mecânica, como mostrado abaixo. As estruturas precisam também ser altas o suficiente para possibilitar o trânsito de implementos agrícolas como tratores e colheitadeiras por baixo delas e tudo isso resulta em custos adicionais em relação às estruturas tradicionais.

Por outro lado, por estarem altos do solo e mais espaçados entre si, os módulos fotovoltaicos são mais ventilados e operam a temperaturas mais baixas, resultando em um desempenho superior àquele medido no mesmo local para uma estrutura metálica convencional mais próxima ao solo.

Módulos fotovoltaicos bifaciais, cujo preço tem caído muito desde seu lançamento e que por utilizarem um encapsulamento vidro-vidro são por natureza mais robustos do que os módulos convencionais monofaciais com backsheet, também têm um desempenho maior quando aplicados em sistemas AgriVoltaicos, pois a maior altura e espaçamento entre fileiras proporciona índices de irradiação anual maiores na face posterior dos módulos, elevando a geração anual quando comparado ao mesmo tipo de módulo instalado sobre estrutura metálica tradicional em solo.

Como regra geral, se o espaçamento entre fileiras de módulos for três vezes maior do que a altura da estrutura que os suporta, cerca de 2/3 da radiação global anual irá incidir sobre a área total do terreno ocupado pelo gerador AgriVoltaico e existe uma grande variedade de culturas agrícolas que irá se beneficiar desta fração de sombra seletiva.

A maior parte dos geradores AgriVoltaicos usa módulos convencionais, mas existe muita pesquisa e desenvolvimento acontecendo com foco específico na otimização deste conceito. Células solares espectralmente seletivas (Spectrally Sensitive Solar Cells - SSSC) podem também ser usadas para combinar geração fotovoltaica e fotossíntese, ajustando a transmitância da célula fotovoltica para o espectro de absorção da clorofila. Comparado aos sistemas AgriVoltaicos tradicionais (opacos), o benefício dessa abordagem é que o SSSC pode cobrir toda a área de terras agrícolas, estufas ou fotobiorreatores.

O conceito aproveita os máximos de absorção do pigmento fotoativo Clorofila, que estão em cerca de 460 e 680 nm. Assim, pode-se projetar uma SSSC que seja transparente nesta faixa do espectro, deixando esta luz passar para otimizar a fotossíntese e absorvendo a luz verde e infravermelha restante para gerar eletricidade.

A sombra parcial produzida pelos módulos fotovoltaicos também pode reduzir o estresse térmico nos longos dias ensolarados do verão, quando as temperaturas elevadas prejudicam a maior parte das culturas agrícolas, além de reduzir a evaporação da água do solo. Culturas de alto valor e que têm necessidade de apenas uma quantidade limitada de exposição solar podem ser selecionadas para aumentar sua produtividade sob os módulos fotovoltaicos.

Temperaturas extremas causadas pelas mudanças climáticas que estamos vivendo são também atenuadas pelo sombreamento parcial proporcionado pelo gerador solar fotovoltaico. Os rebanhos podem também fazer bom uso da sombra sob os módulos fotovoltaicos. Afinal, um subproduto da geração solar é a sombra sob os módulos!

Geradores AgriVoltaicos são uma excelente oportunidade para agricultores incrementarem sua renda e uso produtivo de suas terras, diminuindo sua dependência do vai e vem das commodities agrícolas e diversificando a atividade econômica no campo. A energia produzida pode atender ao autoconsumo do agricultor e pode também ser comercializada no mercado de energia.

O Brasil ainda não despertou para esta tecnologia que pode contribuir para estabilizar a situação econômica do agricultor, que está constantemente sofrendo os efeitos da guerra de preços e sazonalidade da produção agrícola, além de estar exposto aos eventos climáticos extremos.

O conceito de um sistema AgriVoltaico é bem ilustrado em diversos vídeos disponíveis no YouTube, entre os quais destacamos:

https://www.youtube.com/watch?v=IY8tLe-9TNI

https://www.youtube.com/watch?v=pNaGwsM2eO4

https://www.youtube.com/watch?v=XWu5oNrjWrQ

https://www.youtube.com/watch?v=9Nf0_PYFu9g

https://www.youtube.com/watch?v=-JaES0Ga_1k

https://www.youtube.com/watch?v=u_hRm-WFM1M

Sobre o autor: Ricardo Ruther é professor titular da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), doutorado em Electrical and Electronic Engineering - The University of Western Australia (UWA-1995) e pós-doutorado em Sistemas Solares Fotovoltaicos realizado no Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems na Alemanha (Fraunhofer ISE-1996) e na The University of Western Australia (UWA-2011). Atualmente é coordenador do Laboratório FOTOVOLTAICA/UFSC (Grupo de Pesquisa Estratégica em Energia Solar da Universidade Federal de Santa Catarina, cadastrado no Diretório de Grupos de Pesquisa do CNPq).