Agricultura agrovoltaica con energía solar

¿Pueden los agricultores aprovechar el sol dos veces y proteger tierras agrícolas vitales?

Hay un lado oscuro de las granjas solares comerciales, uno que, según Michael Bendok, de 25 años, rara vez se discute abiertamente en la industria. Debido a que los cultivos y los paneles solares prosperan en condiciones similares (campos amplios y soleados), gran parte de las mejores tierras agrícolas de Estados Unidos se están dedicando a operaciones fotovoltaicas a escala de servicios públicos.

Es una medida que puede alterar permanentemente la tierra que nos alimenta, así como destruir ecosistemas valiosos.

“Es por eso que queremos entrar y ser una voz de la naturaleza, por así decirlo, para los desarrolladores de energía solar”, dice Bendok, director ejecutivo de Fundusol, una startup que espera facilitar el doble uso de la tierra.

Forma parte de un equipo de cofundadores, todos jóvenes, tres de Stanford y uno de la Universidad Carnegie Mellon de Pittsburgh, que en 2021 quedaron fascinados con la idea de la agrivoltaica, la integración reflexiva de la producción de energía solar en la agricultura.

“La agrovoltaica tiene el potencial de cambiar la forma en que usamos nuestra tierra”, dice Peter Westbrook, de 25 años, codirector de investigación y desarrollo de Fundusol.

El American Farmland Trust estima que sin intervención política, el 83 por ciento del nuevo desarrollo de energía solar probablemente tendrá lugar en tierras agrícolas, y la mitad de ellas en las mejores tierras del país para producir alimentos y otros cultivos.

“La tierra es algo que, a medida que nuestra sociedad se desarrolle, no tendremos más; de hecho, podríamos tener un poco menos a medida que los océanos crezcan”, dice Westbrook. “Por lo tanto, la capacidad de innovar en el uso de nuestra tierra será realmente importante para nosotros como sociedad en el futuro”.

Cofundadores de Fundusol (de izquierda a derecha): Michael Bendok, ’25, Luca Borletti (Carnegie Mellon), Esteban Herrera-Vendrell, ’25, Peter Westbrook, ’25.

Sol y sombras

Quizás no sea una coincidencia que tres de los cofundadores de Fundusol crecieran en la soleada Arizona, donde en Phoenix el termómetro superó los 110 grados Fahrenheit todos los días del pasado mes de julio.

“Hace mucho calor, especialmente en verano, y nuestros veranos serán cada vez más calurosos”, dice Esteban Herrera-Vendrell, ’25, codirector de investigación y desarrollo.

En el caso de los cultivos tolerantes a la sombra, como las hortalizas de hoja verde y otras hortalizas, una sombra adecuada puede ser crucial. En los climas áridos , el estrés térmico reduce los rendimientos y la evaporación agota el agua de riego, lo que genera una pérdida de ingresos. Además del valor significativo de la energía fotovoltaica en las regiones soleadas, la agrovoltaica puede proporcionar una sombra esencial para los cultivos que se encuentran debajo. Sin embargo, un diseño inadecuado del sistema puede generar un calor excesivo o muy poca luz que se filtre, anulando los beneficios de la agrovoltaica. Aquí es donde el algoritmo de Fundusol sobresale, ayudando a diseñar el sistema óptimo para cualquier proyecto.

Esta conexión entre el estado de origen y el estado de origen es lo que unió inicialmente a dos de los cofundadores durante esos primeros días del primer año cuando todo parecía posible. Una noche de septiembre, Bendok montó su bicicleta hasta el dormitorio de Herrera-Vendrell para pasar el rato en Stanford por primera vez después de conectarse durante la orientación.

De alguna manera empezaron a hablar sobre la investigación en la escuela secundaria. Bendok mencionó su paso como pasante en energía solar y lo que aprendió sobre la agrovoltaica. Herrera-Vendrell compartió sobre un proyecto de física en el que modeló la temperatura de un asteroide en cualquier punto dado de su órbita.

Al predecir el rendimiento agrícola y solar de un sistema antes de su instalación, Fundusol puede iterar sobre millones de sistemas posibles para elegir el mejor diseño para cualquier proyecto, en cualquier lugar. Incluso podemos recomendar un programa de cultivo óptimo para los cultivos, además de elegir el mejor sistema. ¿Quiere obtener más información? Programe una demostración gratuita del software con nuestros fundadores hoy mismo.

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“Para hacer eso, tuve que considerar las sombras que las diferentes partes de la superficie del asteroide producen en otras partes de la superficie, las luces entrantes y la física térmica real del propio asteroide”, explica, y ahí es cuando todo hizo clic.

“Aunque parezca un problema completamente aparte, en la agrivoltaica es muy importante considerar cómo la ubicación de estos sistemas fotovoltaicos afecta a su temperatura”, afirma.

Las sombras pueden reducir la eficiencia de los paneles fotovoltaicos, pero también el exceso de calor. Los paneles solares pierden productividad en los días verdaderamente abrasadores, con los sistemas residenciales comenzando a fallar a 104 grados y los sistemas a escala de servicios públicos a 122 grados.

Los cultivos agrícolas también tienen un rango preferido de temperatura y exposición al sol que, en el entorno adecuado, puede combinarse en un círculo virtuoso con el microclima creado por los paneles solares.

“¿Podrías escribir un algoritmo para ese seguimiento?” Bendok se preguntó en voz alta.

Su conversación se prolongó durante cuatro horas, mucho después de la medianoche. Y a la mañana siguiente, parecía menos una idea loca y más una idea viable.

Bendok, que llegó a Stanford con ambiciones empresariales, empezó a poner en marcha el proyecto. Invitaron a Peter Westbrook, de Kansas, a unirse a ellos y reforzar el lado computacional y comercial del equipo. ¿Qué pasa con un informático? Bendok dijo que también conocía a alguien y llamó a Luca Borletti de Carnegie Mellon, un amigo al que conoce desde séptimo grado.

Incluso Herrera-Vendrell, que nunca había considerado una startup antes de esa fatídica conversación, intervino.

“Era una idea demasiado buena para decir que no”

Cómo funciona

Durante los últimos dos años, el equipo de Fundusol ha creado una plataforma para ayudar a los agricultores y ganaderos a optimizar múltiples sistemas: electricidad, riego y los cultivos o el ganado que se dedican a criar. No es un enfoque único para todos.

“Le permite optimizar simultáneamente un diseño sobre estos ejes y obtener lo mejor de ambos mundos según las necesidades de la granja”, dice Westbrook.

Luca Borletti, director de tecnología, dice que inmediatamente se sintió atraído por la complejidad del problema.

“La agrovoltaica es la coubicación de estos sistemas realmente complicados, como la fotovoltaica y los cultivos, y la biología es tan complicada como puedas imaginar”, afirma.

En operaciones a escala de servicios públicos, los paneles fotovoltaicos generalmente se instalan cerca del suelo y en formaciones densas, maximizando la cantidad de terreno para convertir la energía del sol en electricidad para la red.

La agricultura es más difícil dentro de este diseño, pero no imposible. Los agricultores pueden plantar debajo de los paneles solares flores silvestres para las abejas y otros polinizadores, o permitir que el ganado más pequeño, como ovejas o cabras, paste en los pastos debajo y alrededor de ellos.

Sin embargo, los investigadores están comenzando a probar otras configuraciones de paneles solares que permiten el florecimiento mutuo de cultivos o ganado junto con la energía renovable. Los paneles se pueden espaciar a intervalos más amplios y a alturas más altas para permitir que el ganado pase por debajo o para que las hileras de vegetales de hojas verdes atrapen más rayos del sol de la mañana.

La tecnología agrivoltaica es más difícil de vender en climas del norte como Nueva Inglaterra, el noroeste del Pacífico o el Reino Unido. Pero en el árido desierto del suroeste o en el Valle Central de California, los paneles solares pueden servir como una especie de sombrilla para proteger los cultivos del sol abrasador.

Investigadores de la Universidad de Arizona descubrieron que la producción de tomates cherry sensibles al calor se duplicaba con paneles fotovoltaicos, y la producción de chiles chiltepin, un pimiento picante nativo que en la naturaleza crece debajo de los árboles, podría triplicarse con paneles solares.

Los ganaderos también pueden beneficiarse de la energía agrivoltaica, ya que la sombra de los paneles solares puede mantener a los animales frescos y menos estresados. En ambos escenarios, los paneles fotovoltaicos crean condiciones de crecimiento más templadas y, lo que es más importante, generan electricidad para ayudar a alimentar la granja o compensar los gastos.

Las instalaciones agrovoltaicas en tierras agrícolas de Estados Unidos están produciendo más de 7.000 megavatios de electricidad en aproximadamente 47.000 acres, según el proyecto InSPIRE del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL), pero esto es sólo una fracción de lo que podría producirse. Un estudio identificó más de 860.000 acres que podrían beneficiarse de la agrovoltaica.

Extraescolares de energía

El equipo de Fundusol dice que gestionar una startup junto con su trabajo de clase es un desafío, pero que el apoyo externo ha validado su camino.

A principios de 2024, el equipo ganó 10.000 dólares del Departamento de Energía de EE. UU. a través del concurso Power Up, un premio para apoyar a nuevos y diversos participantes en el campo de la energía solar. En 2023, Fundusol recibió una Subvención de Transferencia de Innovación del Centro TomKat para la Energía Sostenible.

“Sin la financiación de TomKat, mi opinión personal es que no tendríamos la motivación para seguir adelante”, dice Bendok, señalando cómo, especialmente como estudiantes universitarios, renunciar a las pasantías de verano en otras empresas tiene un costo de oportunidad.

Fundusol utilizará las subvenciones para asistir a la Conferencia Mundial Agrivoltaics 2024 en Denver este verano, así como a la Cumbre de Granjas Solares en Chicago. Con una base de clientes en crecimiento, esperan ampliar su equipo este año.

“Mi visión es que, a corto plazo, podamos crear un servicio que resuelva los problemas energéticos más difíciles con respecto a la energía solar”, afirma Bendok.

Actualmente, Fundusol está contratando para puestos de pasantías y becas para el verano de 2024 . Los estudiantes universitarios de Stanford deberían solicitar la oportunidad de unirse a ellos en la expansión del despliegue de la energía agrivoltaica.

Este artículo es parte de la serie TomKat Center Spotlight diseñada para resaltar el impacto y la trayectoria del trabajo de profesores y estudiantes que recibieron financiación a través de nuestro Programa de Transferencia de Innovación , Soluciones TomKat y Becas de Graduado . La Universidad de Stanford no respalda ninguna entidad, programa, producto o servicio que no sea de Stanford enumerado en el artículo.