UTEC studies the “dual land use” to grow crops and produce solar energy in the same space.

El doble uso del suelo, con la producción de alimentos y energía fotovoltaica, en una misma área es posible. Los sistemas agrofotovoltaicos son aquellos que logran integrar la generación de electricidad a través de paneles solares fotovoltaicos con sistemas agrarios. Optimiza el uso del espacio al permitir la generación de energía y la gestión de recursos naturales mediante la integración de cultivos, pastoreo bajo sombra o paneles flotantes en embalses, por ejemplo. 

Los sistemas agrofotovoltaicos son modelos concebidos en Alemania a principios de los años 80 y que comenzaron a popularizarse en los últimos 20 años. Pero ¿cómo se combinan en la práctica los paneles con cultivos? La sombra generada por los paneles sobre los cultivos puede reducir su productividad al recibir menos luz en comparación a un cultivo a plena exposición solar. Sin embargo, la generación de energía en el mismo espacio tiene el potencial de compensar esta disminución. 

El éxito de la agrofotovoltaica radica en encontrar un equilibrio entre esta sombra y la luz que los cultivos reciben. Considerar la disposición de los paneles es esencial, pues la sombra proyectada varía a lo largo del día y del año, afectando de manera diferente a los cultivos.  Además, el aprovechamiento del terreno aumenta, ya que se combinan dos sistemas productivos: la generación de energía y la producción agrícola. Según un estudio publicado por Nature, si el 1 % de los terrenos cultivables en todo el planeta se dedicaran a la producción de electricidad solar, sería posible compensar toda la demanda mundial de energía.

El proyecto de UTEC surge por el interés de integrar las ingenierías en agua, energías renovables y agroambiental que se dictan en la sede de la Universidad en Durazno. Procurando una temática transversal a las tres y a las necesidades del país, se comenzó a estudiar esta tecnología. Si bien el proyecto comenzó en 2023, se propuso la idea y una vez aceptada se formó un equipo multidisciplinario. Luis Bahú es docente asociado en Ingeniería en Agua y Desarrollo Sostenible, y coordina el equipo que lleva adelante el proyecto. “El grupo se formó en el ámbito del Grupo de Investigación Estratégica de I+D” explicó. Actualmente está integrado por Allan Braz y Emanuel Antunes de Ingeniería en Energías Renovables; Wellington Mezzomo, Luis Bahú, Rogério Ricalde, Diego Barreto, Yesica Ramirez, Santiago Jaunarena, Sérgio Muñoz y Melany Alpuy de Ingeniería en Agua y Desarrollo Sostenible; y por Johan Duque, Daniel Boeno e Iván Zapata de Ingeniería Agroambiental.

“Luego empezamos a armar la planta piloto que es donde se pone en marcha el proyecto. Primero se definió que la estructura se instalaría dentro del predio de la Sociedad Rural de Durazno, se decidió cuál sería su elevación del suelo y otros detalles. Entre 2023 y 2024 se construyó y se hicieron las gestiones para comprar paneles, equipos, sensores, realizar el cercado perimetral, instalación de tanques para almacenamiento de agua, y confección de los canteros, necesarios para comenzar los ensayos con cultivos. También se instaló el sistema de riego y tenemos la instalación eléctrica” comentó Bahú.

Al tratarse de un proyecto macro con tantos focos de investigación (separados pero vinculados entre sí), se necesitó instalar un “laboratorio propio”. Esta es la llamada “planta piloto” que se pudo concretar en los últimos meses y que supone la primera experiencia de este tipo en el Uruguay. La suma de estos “hitos” hacen que el proyecto dé lugar a la apertura de una nueva línea de investigación, en base a una tarea que demandará varios años y que se centra en relevar las condiciones de Uruguay y aportar a la comunidad científica. 



“No es como se ve en muchas plantas fotovoltaicas que están instaladas en el suelo sin nada debajo, aquí tenemos la opción de al mismo tiempo generar energía y producir alimentos debajo, aumentando la eficiencia del suelo y el uso del agua. Por más que los cultivos se puedan reducir al recibir menos sol, esa sombra es el resultado de la producción de energía. Eso es lo que se va a medir” señaló Bahú. El proyecto también ha contado con el aporte de estudiantes de grado en distintas etapas del proceso.

El proyecto, que se espera completar antes de mayo, es el primero de su tipo en Uruguay. Ha sido desarrollado íntegramente en el país con equipos adquiridos localmente, destacándose por su potencial de aplicación en apoyo a pequeños productores. 

Determinar cuánta agua se necesita

Rogerio Ricalde, investigador postdoctoral y profesor del Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul, explicó que el rol del equipo de Ingeniería en Agua y Desarrollo Sostenible está vinculado al riego y al consumo hídrico de los cultivos bajo paneles. La investigación tiene como uno de los objetivos determinar cuánta agua es necesaria suministrar a un cultivo específico bajo paneles para mantener un buen rendimiento y eficiencia del uso de la agua.

Los investigadores contaron que si bien hay un camino recorrido en el tema, las condiciones de Uruguay difieren a las que se pueden encontrar en cualquier otra parte del mundo. En base a esto se harán pruebas con distintos cultivos, variando los sistemas de riego, la cantidad de agua a suministrar, el sombreado por la posición de los paneles solares o el tamaño de dichos paneles, entre otras variables. Una ventaja que ofrecen los paneles solares al generar sombra es que se reduce la evaporación del agua. Esto permite optimizar las cantidades de agua que se emplean en el riego.

Los primeros ensayos de rendimiento comienzan entre los meses de marzo y abril con distintas hortalizas, y se extenderán por los próximos cinco años. “La investigación seguirá abierta en el tiempo e irá obteniendo distintos resultados y descubrimientos” dijo Bahú. Para Ricalde, es clave la colaboración interdisciplinaria entre las ingenierías de Energías Renovables, Agroambiental y Agua y Desarrollo Sostenible de UTEC Durazno. “Si nosotros no tuviéramos este grupo interdisciplinario pensando algunos en la inclinación y espaciamiento de los paneles, la producción de energía y al mismo tiempo otros pensando en la producción de alimentos y consumo hídrico, no tendríamos cómo hacer un proyecto tan grande”, explicó. Además, destacó que esta investigación en Uruguay podría servir como referencia para América Latina y el mundo.

Pruebas de generación de energía fotovoltaica 

El equipo de investigadores de Ingeniería en Energías Renovables ya completó el dimensionamiento de los paneles solares, así como su cantidad, orientación y ubicación, y se encuentra en etapa de recolección y comparación de datos experimentales con simulaciones previas.

El sistema cuenta con 40 paneles solares instalados a tres metros del suelo en un área de 312 metros cuadrados. Esta altura permite el pasaje de maquinaria agrícola, asegurando el aprovechamiento del terreno para cultivos. La potencia instalada es de 12,8 kW pico, y la energía generada se destinará a la Sociedad Rural de Durazno, institución que podrá descontar un 50% de su consumo eléctrico anual. Actualmente, el proyecto aguarda la conexión con la red de UTE, tras lo cual la energía generada se volcará a la red y se reflejará en descuentos para la Sociedad Rural.

En paralelo, se está evaluando la influencia de la inclinación de los paneles en la generación de energía y en el crecimiento de los cultivos. "Si dejábamos la inclinación de los paneles en el punto óptimo, el sombreado sobre el cultivo era demasiado, por lo que se ajustó para mejorar las condiciones agrícolas, aunque eso implicó generar menos energía", explicó Allan Braz, docente integrante del equipo de Energías Renovables.

A futuro, se prevé probar distintos tipos de módulos fotovoltaicos, incluyendo traslúcidos y bifaciales, para evaluar su impacto en la productividad agrícola y energética. Además, el estudio servirá como base para futuras implementaciones comerciales, donde el dimensionamiento del sistema se adaptará a las necesidades energéticas de cada cliente. Braz subrayó la importancia de la iniciativa, no solo por su viabilidad económica y rápida amortización, sino también por su impacto en la sostenibilidad del sector agropecuario.

Uso de sensores para obtener datos precisos del suelo

“Estamos desplegando la red de sensores para controlar la humedad del suelo, también instalamos la estación meteorológica que ya está funcionando con sensores de velocidad, viento, pluviometría, radiación fotosintética, y configuramos esa parte para que los datos se obtengan en tiempo real” contó el docente Iván Zapata, investigador de la carrera de Ingeniería Agroambiental de UTEC Durazno. En la siguiente etapa, se instalarán entre 60 y 70 sensores de humedad, permitiendo comparar el consumo hídrico bajo los paneles solares y sin los mismos. Además, se sumará un sensor de rayos que medirá la humedad relativa en un radio de 100 metros, proporcionando una visión más amplia del entorno. La telemetría garantizará que todos los equipos funcionen correctamente, almacenen datos y los transmitan en tiempo real.

La meta es completar la instalación en marzo, ya que el estudio debe realizarse en verano, cuando la evapotranspiración es mayor. “Si ambos suelos se saturan de agua en invierno, no veremos diferencias significativas”, explicó Zapata. Con los datos recopilados, se analizará cómo varía la humedad del suelo y en una etapa posterior, se evaluará el impacto en las plantas. Se analizarán parámetros como el tamaño de las hojas, la salud general y la actividad fotosintética de los cultivos. El proyecto busca mantenerse activo varios años para obtener una serie de datos extensa y fiable. A futuro, se prevé capturar imágenes periódicas de los cultivos para realizar análisis comparativos a lo largo del tiempo.

Para el equipo de investigación, esta iniciativa representa un desafío metodológico y un aporte al desarrollo del país. “A lo que apuntamos es a mover la barrera del conocimiento, aunque sea un poco”, destacó Zapata. Además, subrayó el valor del trabajo interdisciplinario en UTEC y el potencial del proyecto para diversificar los modelos de producción en Uruguay.