Construir resiliência em energia renovável e produção de alimentos é um desafio fundamental no mundo em mudança de hoje, especialmente em regiões suscetíveis ao calor e à seca. Agrivoltaica, a co-localização de painéis agrícolas e solares fotovoltaicos, oferece uma solução possível, com uma nova pesquisa liderada pela Universidade do Arizona relatando impactos positivos na produção de alimentos, economia de água e eficiência na produção de eletricidade.

Agrivoltaica, também conhecido como compartilhamento solar, é uma ideia que vem ganhando força nos últimos anos; Contudo, poucos estudos monitoraram todos os aspectos da alimentação associada, sistemas de energia e água, e nenhum se concentrou em áreas de sequeiro - regiões que enfrentam desafios de produção de alimentos e escassez de água, mas tem uma superabundância de energia solar.

“Muitos de nós queremos mais energia renovável, mas onde você coloca todos esses painéis? À medida que as instalações solares crescem, eles tendem a estar nas periferias das cidades, e é aqui que, historicamente, já cultivamos nossos alimentos, "disse Greg Barron-Gafford, professor associado da Escola de Geografia e Desenvolvimento e autor principal do artigo publicado hoje em Sustentabilidade da Natureza .

Um estudo recente de alto perfil em Natureza descobriram que as terras agrícolas atuais são as "coberturas de terra com o maior potencial de energia solar fotovoltaica" com base em uma extensa análise da luz solar que entra, temperatura do ar e umidade relativa.

"Então, qual uso da terra você prefere - produção de alimentos ou energia? e é aí que os geógrafos brilham! ", disse Barron-Gafford, que também é pesquisador da Biosfera 2. "Começamos a perguntar, 'Por que não produzir os dois no mesmo lugar?' E temos cultivado safras como tomates, pimentas, acelga, couve, e ervas à sombra de painéis solares desde então. "

Usando energia solar fotovoltaica, ou PV, painéis e vegetais regionais, a equipe criou o primeiro local de pesquisa agrivoltaica na Biosfera 2. Professores e alunos, ambos de graduação e pós-graduação, mediu tudo, desde quando as plantas germinaram até a quantidade de plantas de carbono que sugavam da atmosfera e a água que estavam liberando, à sua produção total de alimentos ao longo da estação de crescimento.

O estudo se concentrou na pimenta chiltepin, plantas jalapeno e tomate cereja que foram posicionadas sob um painel fotovoltaico. Ao longo da temporada média de crescimento de três meses no verão, os pesquisadores monitoraram continuamente os níveis de luz de entrada, temperatura do ar e umidade relativa usando sensores montados acima da superfície do solo, e temperatura e umidade da superfície do solo a uma profundidade de 5 centímetros. Tanto a área de plantio tradicional quanto o sistema agrivoltaico receberam taxas de irrigação iguais e foram testados usando dois cenários de irrigação - irrigação diária e irrigação a cada dois dias.

Eles descobriram que o sistema agrivoltaico impactou significativamente três fatores que afetam o crescimento e a reprodução das plantas - temperaturas do ar, luz solar direta e demanda atmosférica por água. A sombra fornecida pelos painéis fotovoltaicos resultou em temperaturas diurnas mais frias e temperaturas noturnas mais quentes do que as tradicionais, sistema de plantio a céu aberto. Houve também um menor déficit de pressão de vapor no sistema agrivoltaico, o que significa que havia mais umidade no ar.

"Descobrimos que muitas de nossas safras de alimentos se saem melhor à sombra de painéis solares porque são protegidas do sol direto, "Baron-Gafford disse." Na verdade, a produção total de frutas chiltepin foi três vezes maior sob os painéis fotovoltaicos em um sistema agrivoltaico, e a produção de tomate foi duas vezes maior! "

Jalapenos produziu uma quantidade semelhante de frutas tanto no sistema agrivoltaico quanto na parcela tradicional, mas fez isso com 65% menos perda de água transpiracional.

"Ao mesmo tempo, descobrimos que cada evento de irrigação pode apoiar o crescimento da cultura por dias, não apenas horas, como nas práticas agrícolas atuais. Essa descoberta sugere que poderíamos reduzir nosso uso de água, mas ainda manter os níveis de produção de alimentos, "Barron-Gafford acrescentou, observando que a umidade do solo permaneceu aproximadamente 15% maior no sistema agrivoltaico do que na parcela controle ao irrigar em dias alternados.

Além dos benefícios para as plantas, os pesquisadores também descobriram que o sistema agrivoltaico aumentou a eficiência da produção de energia. Os painéis solares são inerentemente sensíveis à temperatura - à medida que aquecem, sua eficiência cai. Ao cultivar safras sob os painéis fotovoltaicos, os pesquisadores conseguiram reduzir a temperatura dos painéis.

"Esses painéis solares superaquecidos são, na verdade, resfriados pelo fato de que as plantações embaixo estão emitindo água por meio de seu processo natural de transpiração - exatamente como os nebulizadores no pátio de seu restaurante favorito, "Barron-Gafford disse." Tudo dito, isso é uma situação em que todos ganham em termos de melhorar a forma como cultivamos nossos alimentos, utilizar nossos preciosos recursos hídricos, e produzir energia renovável. "

A pesquisa de Barron-Gafford em agrivoltaicos se expandiu para incluir várias instalações solares no Distrito Escolar Unificado de Tucson, ou TUSD, terra. Moses Thompson, que divide seu tempo entre a TUSD e a Escola de Geografia e Desenvolvimento da UA, observa que a equipe também está usando as instalações solares da TUSD para se envolver com os alunos do ensino fundamental e médio.

"O que me atrai para este trabalho é o que acontece com o aluno do ensino fundamental e médio quando seu envolvimento é importante e a pesquisa vive em sua comunidade, "Thompson disse." Essa mudança na dinâmica cria alunos que sentem agência ao enfrentar grandes desafios, como a mudança climática. "

Os autores dizem que mais pesquisas com espécies de plantas adicionais são necessárias. Eles também observam o impacto atualmente inexplorado que os agrivoltaicos podem ter sobre o bem-estar físico e social dos trabalhadores agrícolas. Dados preliminares mostram que a temperatura da pele pode ser cerca de 18 graus Fahrenheit mais fria quando se trabalha em uma área agrivoltaica do que na agricultura tradicional.

"A mudança climática já está interrompendo a produção de alimentos e a saúde dos trabalhadores agrícolas no Arizona, "disse Gary Nabhan, agroecologista do UA Southwest Center e co-autor do artigo. "O sudoeste dos EUA vê muita insolação e mortes relacionadas ao calor entre nossos trabalhadores agrícolas; isso pode ter um impacto direto lá, também."

Barron-Gafford e a equipe estão agora trabalhando com o Laboratório Nacional de Energia Renovável do Departamento de Energia dos EUA para avaliar como uma abordagem agrivoltaica pode funcionar em outras regiões do país e como as políticas regionais podem promover a adoção de novas abordagens para resolver esses problemas generalizados.

"Esta é a inovação da UA no seu melhor - uma equipe interdisciplinar de pesquisadores trabalhando para resolver alguns dos nossos dilemas ambientais mais desafiadores, "disse a co-autora Andrea Gerlak, professor da Escola de Geografia e Desenvolvimento da Faculdade de Ciências Sociais e Comportamentais. "Imagine o impacto que podemos ter em nossa comunidade - e no mundo em geral - pensando mais criativamente sobre agricultura e produção de energia renovável juntos."