RearCPVbif: painéis solares semitransparentes para agrivoltaica em Jaén

No sul da Espanha, um novo tipo de painel solar começa, discretamente, a mudar as regras sobre quem consegue aproveitar o sol.

Em vez de obrigar uma escolha entre produzir alimentos ou gerar energia, pesquisadores em Jaén afirmam ter encontrado uma forma de dividir a luz solar. Os painéis protótipo geram quantidades relevantes de eletricidade e, ao mesmo tempo, deixam passar luminosidade suficiente para manter hortaliças e árvores frutíferas vivas e produtivas.

Como as usinas solares começaram a bater de frente com as terras agrícolas

A transição energética europeia esbarra num fato simples e difícil de contornar: a terra é limitada. A União Europeia quer pelo menos 30% de sua energia vinda de fontes renováveis até 2030 e neutralidade climática até 2050. A energia solar em escala de usina é peça central desse plano, impulsionada pela queda no custo dos módulos e por uma onda de fabricação vinda da China.

Só que, à medida que os projetos aumentam, aumentam também os conflitos no território. Desenvolvedores procuram áreas planas e ensolaradas. Agricultores enxergam os mesmos terrenos e veem o seu sustento. Comunidades locais reagem quando fileiras de painéis substituem pomares ou pastagens. Em algumas regiões, a disputa entre solar e comida virou tema de manchete.

Essa tensão ajuda a explicar por que a agrivoltaica ganhou espaço. Em vez de empurrar a agricultura para fora, sistemas agrivoltaicos elevam os módulos ou aumentam o espaçamento, permitindo que lavouras, gado ou colmeias compartilhem o mesmo hectare. Plantas tolerantes à sombra podem se beneficiar de microclimas mais frescos e de menor evaporação. Ovelhas pastam sob as estruturas e ajudam a controlar a vegetação, enquanto apicultores usam áreas solares como fonte de forrageamento.

"A agrivoltaica tenta transformar um conflito de uso do solo em uma colheita dupla: quilowatt-hora lá em cima, calorias aqui embaixo."

A dificuldade técnica maior aparece quando os painéis ficam diretamente sobre as plantas. Módulos opacos convencionais bloqueiam a maior parte da luz, o que pode retardar o crescimento, deformar plantas ou reduzir a produtividade. Existem painéis semitransparentes, mas eles geralmente sacrificam eletricidade demais para agradar agricultores e investidores.

A virada do time de Jaén em solar semitransparente

Um grupo de pesquisa da Universidade de Jaén, no sul da Espanha, propôs um novo desenho, descrito em um artigo recente sobre tecnologia agrivoltaica. Eles chamam o sistema de RearCPVbif, abreviação de “Rear Concentrator Photovoltaic bifacial”. O nome é pouco amigável, mas o princípio é direto: deixar luz para as plantas e, ao mesmo tempo, recuperar uma parte da radiação que normalmente seria desperdiçada.

O que torna o RearCPVbif diferente

• Usa células solares bifaciais, capazes de gerar energia tanto pela face frontal quanto pela traseira.
• Integra concentradores ópticos na parte de trás, que redirecionam luz refletida e espalhada para a face traseira das células.
• Mantém alta transparência óptica, garantindo que luz suficiente alcance as culturas abaixo.

Grande parte da FV semitransparente (muitas vezes chamada de STPV) apenas espaça o material ativo ou usa camadas mais finas: a luz passa mais, porém a geração cai. A proposta de Jaén busca outra troca. Ela preserva a transparência, mas tenta extrair eletricidade adicional da luz que circula atrás do painel.

"Os pesquisadores relatam um fator de transparência em torno de 60%, um nível geralmente visto como aceitável para muitas culturas hortícolas."

Esse valor de 60% é relevante. Estudos de agronomia indicam que muitas hortaliças começam a sofrer quando a transmissão média de luz cai muito abaixo desse patamar. Acima dele, algumas espécies conseguem manter fotossíntese perto do normal, especialmente quando temperatura e umidade são bem manejadas.

Duas métricas de luz fundamentais para lavouras e energia

Para avaliar se um painel solar pode ficar sobre uma cultura sem comprometer a produção, engenheiros e agrônomos passaram a observar dois números - e não apenas a potência de pico (Wp) da placa de identificação.

• Transmitância visível média (AVT): a fração de luz visível que atravessa o painel.
• Transmitância fotossintética média (APT): a fração, nas faixas de comprimento de onda efetivamente usadas pelas plantas na fotossíntese, que chega às folhas.

A equipe de Jaén trabalhou com os dois indicadores. Para as plantas, a APT é mais determinante do que a energia solar total. O que importa é a chamada radiação fotossinteticamente ativa (PAR), aproximadamente de 400–700 nanômetros. Se o painel bloqueia demais essa banda, a produtividade cai, mesmo que parte do infravermelho ou do ultravioleta ainda atravesse.

Pesquisas anteriores com estufas e telas de sombreamento apontam, dependendo da espécie, um limite inferior em torno de 60% de transmissão na faixa de PAR para crescimento confortável. O sistema RearCPVbif foi concebido com essa referência.

Parâmetro	FV opaca convencional	FV semitransparente típica	Conceito RearCPVbif
Luz que chega às culturas	Baixa (frequentemente <20%)	Média (40–70%)	Em torno de 60% como alvo
Geração elétrica por área	Alta	Média a baixa	Média, reforçada pelos concentradores traseiros
Adequação a culturas	Limitada	Seletiva	Projetada para uma ampla faixa de horticultura

Onde a energia solar “transparente” está hoje

De modo geral, a indústria fotovoltaica tem perseguido transparência por dois caminhos.

• Painéis semitransparentes não seletivos, que afinam as camadas absorvedoras ou abrem microvãos no material ativo. Esses módulos deixam mais luz passar, mas em todo o espectro, e costumam sofrer uma grande perda de eficiência elétrica.
• Painéis seletivos por comprimento de onda, que buscam absorver principalmente ultravioleta e infravermelho próximo, deixando a luz visível atravessar. Assim, as plantas recebem boa parte do que precisam, enquanto o painel trabalha com faixas que o olho humano não utiliza.

O desenho de Jaén fica próximo do segundo grupo, mas acrescenta a camada extra dos concentradores ópticos traseiros. A ideia é capturar raios que passam na primeira travessia, refletem no solo ou nas plantas e, então, atingem a parte de trás do módulo. Como as células são bifaciais, elas conseguem converter essa luz refletida em eletricidade adicional.

"Em vez de disputar cada fóton apenas na superfície frontal, o sistema colhe a luz de segunda chance que a fazenda simplesmente refletiria de volta para o céu."

Essa estratégia também combina de forma natural com solos claros e refletivos ou com coberturas (mulching) de cor clara, que aumentam a quantidade de luz disponível para a face traseira das células.

Mantendo as culturas frescas enquanto os painéis trabalham

O calor é outra restrição quando se suspende módulos solares sobre plantações. Um teto de vidro aquecido pode reter ar quente e criar um efeito estufa indesejado. Além disso, temperaturas elevadas no painel reduzem o desempenho elétrico, derrubando a eficiência das células.

O estudo de Jaén acompanhou o comportamento térmico e observou que a temperatura das células permaneceu abaixo de cerca de 70 °C. Esse nível evita as piores perdas de desempenho e diminui o risco de superaquecer a camada de ar logo abaixo dos módulos. Para o agricultor, esse controle térmico pode ajudar a manter o desenvolvimento das plantas em uma trajetória mais próxima do normal, em vez de empurrá-las para estresse.

• Painéis mais frios sustentam uma geração mais estável durante ondas de calor no verão.
• Temperaturas do ar mais moderadas reduzem queda de flores e danos em frutos em culturas sensíveis.
• Animais sob os painéis enfrentam menor carga de calor extremo do que sob coberturas de metal expostas.

O que isso pode significar para agricultores e desenvolvedores

Se sistemas como o RearCPVbif chegarem à maturidade comercial, podem mudar a forma como desenvolvedores solares enxergam a terra rural em regiões muito ensolaradas, como Andaluzia, Califórnia ou o sul da Itália. Em vez de substituir lavouras, seria possível negociar arrendamentos de longo prazo em que fazenda e usina operem juntas.

Do ponto de vista do produtor, um dossel semitransparente pode amortecer alguns riscos climáticos. A sombra parcial pode reduzir estresse térmico durante períodos quentes, cada vez mais frequentes. Os painéis podem diminuir a velocidade do vento ao nível do solo e reduzir evaporação. Onde a água é escassa ou cara, isso pode ajudar a estabilizar a produção.

"Em vez de receber aluguel por áreas perdidas, agricultores poderiam obter duas rendas do mesmo hectare: uma da colheita, outra da eletricidade."

O desempenho no mundo real dependerá de escolha cuidadosa de culturas e do desenho do sistema. Folhosas, frutas vermelhas e certas ervas podem ir bem sob luz filtrada. Grãos e árvores frutíferas que exigem sol pleno podem precisar de maior espaçamento entre fileiras ou de estruturas mais altas para evitar perdas de produtividade.

Perguntas que ainda precisam de respostas

Como acontece com qualquer conceito promissor de laboratório, ainda existem obstáculos antes que painéis agrivoltaicos desse tipo se tornem comuns sobre linhas de tomate ou mudas de oliveira.

• Custo da óptica: concentradores traseiros e células bifaciais aumentam a complexidade. Fabricantes precisam demonstrar que os quilowatt-hora extras compensam o acréscimo no custo de materiais.
• Durabilidade: componentes ópticos têm de resistir por décadas à poeira, umidade, granizo e rotinas de limpeza em fazendas em operação.
• Acesso para manutenção: produtores precisam de espaço para tratores, colheitadeiras e irrigação, o que influencia o layout das estruturas.
• Regulação: regras de licenciamento e subsídios agrícolas na Europa e em outros lugares ainda partem, em grande medida, da ideia de que um terreno ou produz alimentos ou hospeda painéis solares - não os dois.

Como avaliar o potencial agrivoltaico numa fazenda real

Para proprietários de terra que considerem esse tipo de solução no futuro, alguns critérios básicos já ajudam a orientar o raciocínio, mesmo antes de essa tecnologia específica estar totalmente comercializada.

• Medir a radiação solar média e a temperatura ao longo da estação de cultivo.
• Identificar quais culturas da propriedade toleram sombra parcial ou dosséis mais frescos.
• Modelar diferentes densidades de painéis, mirando pelo menos 60% de transmitância fotossintética onde a alta produtividade for mais importante.
• Simular economias de água por menor evaporação e compará-las com qualquer mudança esperada de rendimento.

Simulações simples mostram que, em locais quentes e com sol forte, uma queda moderada de luz direta às vezes pode ser compensada por menor estresse térmico e por economia de água - sobretudo na horticultura de maior valor. Ao somar isso a uma receita mais previsível com eletricidade, muda-se a conta econômica de áreas marginais ou sujeitas à seca.

Para planejadores de energia, desenhos agrivoltaicos como o de Jaén ampliam o leque de lugares aptos a receber solar. Estacionamentos e telhados continuam importantes. Ainda assim, arranjos semitransparentes e bifaciais sobre culturas permitem expandir capacidade dentro de zonas agrícolas já existentes, em vez de empurrar a produção para fora ou para terras menos adequadas. Em regiões pressionadas ao mesmo tempo por metas energéticas e pelas mudanças climáticas, esse modelo de sol compartilhado pode passar, aos poucos, de testes experimentais para uma opção padrão na prancheta ao projetar a próxima geração de infraestrutura rural.