La innovación en los invernaderos inteligentes equilibra las necesidades de los cultivos y la energía
La agrovoltaica(se abrirá en una nueva ventana) describe sistemas integrados que permiten utilizar la tierra simultáneamente para la producción agrícola y la generación de energía solar. «Aunque los sistemas fotovoltaicos ofrecen una relación prometedora mutuamente beneficiosa entre alimentos, agua y energías renovables, si no se diseñan adecuadamente pueden poner en peligro la productividad de los cultivos», afirma Ibrahim Yehia, coordinador del proyecto REGACE(se abrirá en una nueva ventana). Para paliar esta situación y contribuir a la tendencia de unos cultivos más sostenibles, en REGACE se ha desarrollado un sistema agrovoltaico adaptativo para invernaderos asistido por inteligencia artificial (IA) que produce energía solar y mantiene unas condiciones favorables para el crecimiento de los cultivos. «Al abordar los retos de la luz y el sombreado dinámicos, la estabilidad climática de los invernaderos y la eficiencia del uso del suelo, nuestro sistema minimiza la necesidad de los costosos terrenos adicionales y las infraestructuras energéticas específicas», señala Yehia.
Análisis en diferentes condiciones climáticas
Gracias a su amplia experiencia en agronomía, energías renovables, ingeniería de invernaderos, análisis climático y sistemas de control digital, en REGACE se diseñaron, instalaron y pusieron a prueba seis sistemas de invernaderos agrovoltaicos en Alemania, Austria, Grecia, Israel e Italia. El núcleo del concepto fotovoltaico (FV) integrado en el invernadero del proyecto es una estrategia de control adaptativo. A diferencia de las instalaciones FV estáticas convencionales en los invernaderos, asistidas por modelos predictivos basados en IA y monitorización ambiental, la tecnología de REGACE rastrea y responde dinámicamente a las necesidades de los cultivos, las condiciones del invernadero y la ubicación, posicionando con precisión los módulos FV semitransparentes para gestionar mejor la luz solar y las condiciones de sombreado. Los usuarios acceden a la interfaz de control y funcionamiento a través de una plataforma de control digital, con visualización en tiempo real de las condiciones ambientales, el posicionamiento fotovoltaico y el rendimiento del sistema. La plataforma también puede adaptarse para el acceso remoto. Mediante pruebas experimentales en invernaderos se supervisaron diferentes escenarios en condiciones agrícolas reales, lo que ofreció información sobre lo que funcionaba mejor para diferentes cultivos (incluidos tomates, pepinos y berenjenas), las condiciones climáticas y las configuraciones FV. También se realizaron simulaciones por ordenador del crecimiento de los cultivos, la radiación, el transporte y el flujo de aire, así como análisis del microclima de los invernaderos, que se complementaron con un gemelo digital(se abrirá en una nueva ventana) que utiliza el aprendizaje automático para apoyar la optimización operativa en condiciones climáticas cambiantes. «La combinación de las mediciones sobre el terreno y las simulaciones demostró la viabilidad técnica y el potencial operativo de nuestro diseño fotovoltaico adaptable integrado en el invernadero», añade Yehia. «Dada la variedad de escenarios piloto probados, aún estamos analizando nuestras actividades de validación». El equipo de REGACE también ensayó estrategias para mantener niveles de CO2 favorables para la fotosíntesis de los cultivos, incluida la gestión de la ventilación, la temperatura y la radiación, en condiciones climáticas variables, especialmente mediterráneas. «Demostramos que el enriquecimiento controlado de CO2 puede contribuir a mejorar la estabilidad ambiental de los invernaderos y a potenciar la fotosíntesis de las plantas, sobre todo en condiciones en las que la disponibilidad de luz y la temperatura se mantienen dentro de rangos óptimos», explica Yehia.
Mejorar la eficiencia en el consumo de recursos y la resiliencia climática
Demostrar cómo la producción de energía renovable puede integrarse en los sistemas agrícolas sin necesidad de tierras adicionales ayuda a preservar los paisajes agrícolas productivos, al tiempo que apoya los objetivos de descarbonización, la eficiencia de los recursos y la resiliencia al estrés climático. Estos beneficios, a su vez, apoyan directamente varias prioridades europeas clave, como el Pacto Verde Europeo(se abrirá en una nueva ventana), las estrategias de resiliencia climática y la transición hacia las energías renovables. Dado que el sistema de REGACE es un diseño modular ligero suspendido, puede instalarse dentro de invernaderos existentes como estructura portante principal, lo que simplifica las adaptaciones. Además, los proyectos piloto, en su mayoría en funcionamiento durante más de dos años, confirmaron la capacidad del sistema para ofrecer un funcionamiento estable a largo plazo con un mantenimiento mínimo más allá de la limpieza FV rutinaria. «Su diseño adaptable y modular también favorece la escalabilidad, por lo que resulta interesante no solo para los invernaderos comerciales, sino también para la producción de cultivos de alto valor, la agricultura protegida adaptada al clima, los sistemas agrícolas eficientes en el uso del agua y las infraestructuras rurales integradas de energías renovables», añade Yehia. Para avanzar hacia un mayor despliegue a escala industrial, el equipo se centra ahora en una mayor optimización del sistema, con la mejora de sus estrategias de control adaptativo y la validación en otros tipos de cultivos y tipologías de invernaderos.
