Artigo publicado na Nature Sustainability apresenta a primeira avaliação com resultados de um estudo de campo com sistemas agrivoltaicos em regiões de terras secas.

Desenvolver resiliência em energia renovável e na produção de alimentos é um desafio fundamental no mundo volátil de hoje, especialmente em regiões suscetíveis ao calor e à seca. Os agrivoltaicos, a co-localização da agricultura e dos painéis solares fotovoltaicos, oferece uma solução possível, como mostra uma nova pesquisa liderada pela Universidade do Arizona, relatando impactos positivos na produção de alimentos, economia de água e eficiência na produção de eletricidade.

Também conhecido como compartilhamento solar, o sistema agrivoltaico é uma ideia que vem ganhando força nos últimos anos; no entanto, poucos estudos monitoraram todos os aspectos dos sistemas associados de alimentos, energia e água, e nenhum se concentrou em áreas de terras secas – regiões que enfrentam desafios de produção de alimentos e escassez de água, mas têm uma superabundância de energia solar.

“Muitos de nós querem mais energia renovável, mas onde você coloca todos esses painéis? À medida que as instalações solares crescem, elas tendem a estar fora dos limites das cidades, e é historicamente onde já cultivamos nossos alimentos”, disse Greg Barron-Gafford, Professor Associado da Escola de Geografia e Desenvolvimento e principal autor de o artigo que foi publicado na Nature Sustainability.

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Um estudo recente de grande importância publicado na Nature descobriu que as áreas de cultivo atuais são as “áreas de cobertura com maior potencial de energia solar fotovoltaica”, com base em uma extensa análise da luz solar recebida, temperatura do ar e umidade relativa.

“Então, qual uso da terra você prefere – produção de alimentos ou energia? Esse desafio ocorre exatamente no cruzamento das conexões homem-ambiente, e é aí que os geógrafos entram! “, Disse Barron-Gafford, que também é pesquisador do Projeto Biosfera 2.” Começamos a perguntar: ‘Por que não fazer as duas coisas no mesmo lugar? Desde então, cultivamos culturas como tomate, pimentão, acelga, couve e ervas à sombra de painéis solares.”

Usando painéis solares fotovoltaicos, ou PV, e vegetais regionais, a equipe criou o primeiro site de pesquisa agrivoltaica na Biosfera 2. Professores e estudantes, tanto de graduação quanto de pós-graduação, mediram tudo, desde quando as plantas germinam até a quantidade de carbono que elas estavam capturando da atmosfera, assim como a água que estavam liberando, para a produção total de alimentos durante a estação de crescimento.

O estudo se concentrou nas plantações de pimenta chiltepin, jalapeño e tomate cereja, posicionadas sob uma matriz fotovoltaica. Durante a estação média de crescimento de três meses no verão, os pesquisadores monitoraram continuamente os níveis de luz recebidos, a temperatura do ar e a umidade relativa, usando sensores montados acima da superfície do solo, e a 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 iguais de irrigação 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 – temperatura 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 o sistema tradicional de plantio a céu aberto. Havia também um menor déficit de pressão de vapor no sistema agrovoltaico, o que significa que havia mais umidade no ar.

“Descobrimos que muitas de nossas culturas alimentícias se saem melhor à sombra dos painéis solares porque são poupadas do sol direto”, disse Baron-Gafford. “De fato, a produção total de frutos de chiltepin foi três vezes maior sob os painéis fotovoltaicos em um sistema agrivoltaico e a produção de tomate foi duas vezes maior!”

Os jalapenos produziram uma quantidade semelhante de pimentas, tanto no sistema agrivoltaico quanto no tradicional, mas o fizeram com uma perda de água transpiracional 65% menor.

“Ao mesmo tempo, descobrimos que cada caso de irrigação pode favorecer o crescimento da colheita por dias, não apenas horas, como nas práticas agrícolas atuais. Essa descoberta sugere que poderíamos reduzir o uso da 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 agro-elétrico do que a parcela de controle ao irrigar a cada dois dias.

Além dos benefícios para as plantações, 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 diminui. Ao cultivar culturas sob os painéis fotovoltaicos, os pesquisadores conseguiram reduzir a temperatura dos painéis.

“Esses painéis solares superaquecidos são realmente resfriados pelo fato de que as lavouras embaixo estão emitindo água através de seu processo natural de transpiração – assim como os umidificadores no pátio do seu restaurante favorito”, disse Barron-Gafford. “No total, é uma situação em que todos saem ganhando em termos de melhorar a maneira como cultivamos nossos alimentos, utilizamos nossos preciosos recursos hídricos e produzimos energia renovável”.

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

“O que me atrai nesse trabalho é o que acontece com o aluno do ensino fundamental e médio quando o envolvimento deles é orgânico e a pesquisa se dá na comunidade”, disse Thompson. “Essa mudança na dinâmica cria estudantes que se sentem estimulados ao enfrentar grandes desafios, como a mudança climática.”

Os autores dizem que são necessárias mais pesquisas com espécies vegetais adicionais. Eles também observam o impacto atualmente inexplorado que os agrotóxicos podem ter no bem-estar físico e social dos trabalhadores agrícolas. Dados preliminares mostram que a temperatura da pele pode ser cerca de 7°C mais fria quando se trabalha em uma área agrivoltaica do que na agricultura tradicional.

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

Barron-Gafford e a equipe agora estão trabalhando com o Laboratório Nacional de Energia Renovável do Departamento de Energia dos EUA para avaliar até que ponto 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 que trabalha para resolver alguns dos nossos dilemas ambientais mais desafiadores”, disse a coautora Andrea Gerlak, professora 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 de maneira mais criativa na agricultura e na produção de energia renovável”.

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