Un estudio muestra por qué los paneles solares pueden ser especialmente útiles en invernaderos donde regar exige mucha energía.
- ☀️ Paneles fotovoltaicos para cubrir el consumo eléctrico del invernadero.
- 🥒 Análisis sobre la producción de 1 tonelada de pepinos.
- 💧 Riego y bombeo de agua, puntos críticos en regiones secas.
- ⚡ Hasta seis veces más consumo eléctrico asociado en la zona más exigente.
- 🌱 Riego por goteo, bombas eficientes y fertilización de precisión como complemento.
- 📉 Menor dependencia de recursos no renovables con electricidad fotovoltaica.
¿Por qué importa?
Los invernaderos permiten producir alimentos con rendimientos elevados y extender las temporadas de cultivo, pero esa capacidad tiene un coste energético que cambia mucho de una región a otra. Un estudio publicado en Scientific Reports muestra que incorporar energía fotovoltaica puede mejorar de forma apreciable la sostenibilidad de la producción de pepino, especialmente donde extraer y bombear agua requiere grandes cantidades de electricidad.
La investigación aporta además una idea relevante: instalar paneles solares no resuelve por sí solo el impacto ambiental del invernadero. La procedencia del agua, la eficiencia del riego, la electricidad, los fertilizantes y el rendimiento obtenido por cada unidad de recursos terminan siendo igual de importantes.
Dos invernaderos pueden cultivar lo mismo con impactos muy distintos
El trabajo, realizado por Müjdat Öztürk, Hasan Yildizhan y Arman Ameen, analiza la producción de pepinos bajo invernadero en Kırklareli y Konya, dos provincias de Turquía con condiciones climáticas muy diferentes.
La elección resulta especialmente útil para entender qué ocurre cuando la agricultura protegida se desplaza hacia territorios más secos.
Kırklareli, en la región de Tracia, presenta condiciones relativamente húmedas. Konya tiene un clima continental mucho más seco y una agricultura muy condicionada por la disponibilidad de agua. Buena parte del regadío depende de agua subterránea extraída mediante pozos, por lo que regar implica también consumir electricidad.
Ahí aparece una diferencia enorme.
Para producir 1 tonelada de pepinos, el consumo acumulado de energía calculado por los investigadores alcanza 260,16 MJ en Kırklareli y 324,38 MJ en Konya. Las emisiones acumuladas asociadas a los insumos considerados pasan de 31,13 kg de CO₂ por tonelada en Kırklareli a 50,91 kg de CO₂ por tonelada en Konya.
La misma hortaliza. El mismo peso producido. Una huella considerablemente distinta.
El problema escondido bajo tierra: bombear agua cuesta energía
Una de las diferencias más llamativas aparece en la electricidad.
El estudio calcula un consumo asociado a este apartado de 21,21 MJ por tonelada en Kırklareli, frente a 126,13 MJ por tonelada en Konya. Es decir, prácticamente seis veces más.
No se trata simplemente de que las plantas necesiten agua. Importa de dónde procede esa agua y cuánta energía hace falta para llevarla hasta el cultivo.
Cuando el recurso procede de acuíferos profundos, cada metro cúbico utilizado arrastra una demanda energética adicional para el bombeo. En zonas semiáridas esta relación entre agua y energía puede convertirse en uno de los principales cuellos de botella de la agricultura intensiva.
El propio estudio encuentra un patrón parecido al observado anteriormente en otros cultivos: las regiones dependientes de pozos profundos pueden presentar consumos energéticos muy superiores a las zonas donde el agua resulta más accesible.
Esto tiene una consecuencia práctica importante para la agricultura mediterránea: la eficiencia hídrica también es eficiencia energética.
La energía solar encaja especialmente bien donde más electricidad hace falta
Aquí entra la fotovoltaica.
Konya reúne dos características que parecen contradictorias, aunque en realidad encajan bastante bien: necesita mucha electricidad para su agricultura y dispone de un recurso solar elevado.
Los investigadores emplean para esta provincia una irradiación solar global de aproximadamente 1.608 kWh/m² al año, frente a unos 1.321 kWh/m² al año en Kırklareli.
La posibilidad de producir electricidad cerca del lugar donde se consume resulta especialmente interesante para alimentar bombas de riego y otros equipos eléctricos del invernadero.
No haría falta transformar completamente el modelo productivo de golpe. Una parte del consumo eléctrico convencional podría sustituirse por generación fotovoltaica local.
Y cuanto mayor sea el peso de la electricidad dentro de la huella del cultivo, mayor puede ser el efecto de esa sustitución.
El estudio va más allá de contar kilovatios
Uno de los aspectos interesantes del trabajo es que los investigadores no se limitan a calcular cuánta energía entra en el sistema.
También utilizan el concepto de exergía.
Dicho de forma sencilla, dos procesos pueden consumir cantidades parecidas de energía y, aun así, aprovechar de manera muy distinta la capacidad de esa energía para realizar un trabajo útil. El análisis exergético intenta detectar esas pérdidas y medir la calidad de los recursos utilizados.
En la producción estudiada, el consumo acumulado de exergía alcanza 1.459,82 MJ por tonelada en Kırklareli y 2.521,12 MJ por tonelada en Konya.
La diferencia vuelve a señalar hacia el mismo lugar: los sistemas agrícolas sometidos a mayores necesidades de riego y electricidad parten con desventaja.
La electricidad presenta una diferencia particularmente fuerte. El consumo exergético asociado asciende a 88,44 MJ por tonelada en Kırklareli y 525,94 MJ por tonelada en Konya.
Qué cambia cuando la electricidad procede de paneles solares
Los investigadores plantearon un escenario en el que la electricidad operativa necesaria para producir los pepinos se suministra mediante fotovoltaica.
Los resultados mejoran dos indicadores utilizados para medir el comportamiento termodinámico y la dependencia de recursos no renovables.
En Kırklareli, el grado acumulado de perfección (CDP) pasa de 0,73 a 0,77, mientras que el indicador de renovabilidad (RI) mejora de −0,36 a −0,30.
En Konya el cambio resulta mayor: el CDP pasa de 0,42 a 0,51 y el RI mejora desde −1,36 hasta −0,96.
El resultado tiene bastante lógica. La fotovoltaica aporta más precisamente donde la electricidad convencional supone una carga mayor.
Aun así, el indicador de renovabilidad continúa siendo negativo. Dicho de otra manera: los paneles solares mejoran el sistema, pero no convierten automáticamente el cultivo en plenamente renovable.
Quedan otros consumos y materiales por abordar.
No todo se arregla cubriendo el invernadero de placas solares
Hay una precaución importante antes de trasladar estos resultados a una explotación comercial.
El escenario estudiado analiza principalmente la sustitución de electricidad operativa por electricidad fotovoltaica. No constituye un análisis completo del ciclo de vida de una instalación agrivoltaica.
Los propios autores señalan que quedan fuera aspectos como la energía incorporada en la fabricación de los módulos fotovoltaicos, la instalación de la infraestructura, su degradación a largo plazo y la huella de carbono completa del sistema solar.
Es una distinción importante.
El estudio demuestra que cambiar la fuente de electricidad mejora determinados indicadores del cultivo. Para conocer el beneficio ambiental neto durante 20 o 30 años habría que incorporar fabricación, estructuras, inversores, sustitución de componentes y final de vida.
También habría que estudiar cuidadosamente dónde se colocan los módulos. En un invernadero, la luz solar es simultáneamente una fuente de energía y un recurso necesario para las plantas. Cubrir demasiada superficie puede reducir la radiación disponible para el cultivo. El diseño agrivoltaico debe encontrar un equilibrio entre producción vegetal, generación eléctrica, temperatura interior y necesidades de sombreado.
La sorpresa está en el estiércol y los fertilizantes
El estudio deja otro resultado menos intuitivo.
El estiércol presenta el mayor consumo acumulado de exergía entre los insumos analizados. En Konya alcanza aproximadamente 1.853,91 MJ por tonelada de pepino, frente a 1.207,20 MJ por tonelada en Kırklareli.
Esto no significa que el estiércol sea necesariamente peor desde el punto de vista ambiental que un fertilizante sintético. La exergía mide una dimensión termodinámica concreta y no debe confundirse directamente con emisiones de gases de efecto invernadero o daño ambiental.
Sí demuestra algo útil: un insumo biológico tampoco es gratuito desde el punto de vista de los recursos.
Por eso la fertilización de precisión adquiere relevancia. Analizar el suelo, ajustar las dosis a las necesidades reales de las plantas y evitar aportes excesivos permite reducir materiales y energía sin comprometer necesariamente la producción.
Producir más con los mismos recursos también cuenta
La sensibilidad de los resultados al rendimiento agrícola es especialmente interesante.
Cuando el estudio simula un aumento del 20 % en el rendimiento, el CDP mejora aproximadamente un 20 % en ambas regiones. El indicador de renovabilidad mejora un 61,57 % en Kırklareli y un 29,21 % en Konya.
Esto introduce un matiz importante en el debate sobre agricultura sostenible.
Reducir insumos no siempre es suficiente. Si una explotación consigue producir más alimentos utilizando prácticamente la misma infraestructura, superficie y recursos, la huella correspondiente a cada kilogramo cosechado puede disminuir.
La clave está en conseguirlo mediante mejoras agronómicas y tecnológicas, no aumentando indiscriminadamente fertilizantes, agua o energía.
Sensores de humedad, fertirrigación controlada, automatización climática, variedades adaptadas y agricultura de precisión pueden tener aquí un papel considerable.
Fotovoltaica y agricultura: una combinación que ya supera la fase experimental
La idea de combinar agricultura y producción solar lleva años desarrollándose bajo el concepto de agrivoltaica.
En los invernaderos presenta una particularidad atractiva: ya existe una estructura física sobre la que puede plantearse la integración de módulos convencionales, semitransparentes o sistemas específicamente diseñados para controlar la entrada de radiación.
En climas muy soleados, parte de la radiación que durante determinadas épocas obliga a sombrear o refrigerar el invernadero puede convertirse en electricidad.
Eso abre posibilidades interesantes: bombas solares, ventilación eléctrica, automatización, sensores, fertirrigación, almacenamiento energético e incluso climatización parcial alimentada con electricidad renovable.
El estudio turco apunta precisamente hacia esta integración localizada. No propone una receta universal. Las ventajas dependen mucho del clima, el cultivo, la disponibilidad de agua y el perfil energético de cada explotación.
Un modelo especialmente interesante para las zonas mediterráneas
Aunque la investigación se centra en Turquía, el problema que describe resulta familiar en buena parte de la agricultura mediterránea: mucho sol, disponibilidad de agua limitada y una creciente necesidad de producir alimentos bajo condiciones climáticas más extremas.
Eso convierte a los invernaderos fotovoltaicos y a la agrivoltaica en tecnologías especialmente interesantes para regiones donde coinciden producción hortícola intensiva y elevados recursos solares.
La lógica cambia respecto a una planta fotovoltaica convencional. El objetivo no consiste únicamente en maximizar los kilovatios hora producidos por metro cuadrado. También debe preservarse la productividad agrícola, reducir el estrés térmico cuando sea posible y utilizar mejor el agua.
En otras palabras, la mejor instalación no tiene por qué ser la que genera más electricidad, sino la que optimiza conjuntamente alimentos, energía y recursos hídricos.
Potencial
El mayor potencial de esta propuesta aparece cuando la fotovoltaica deja de considerarse un elemento aislado y pasa a formar parte de un invernadero diseñado como un sistema energético y agrícola integrado.
Paneles solares para producir electricidad. Riego por goteo y sensores de humedad para reducir la cantidad de agua bombeada. Bombas de alta eficiencia. Fertilización ajustada mediante análisis de suelo y fertirrigación. Automatización para adaptar ventilación, sombreado y riego a las condiciones reales del cultivo.
El propio estudio señala el riego por goteo, la mejora de la eficiencia de las bombas y la optimización de los fertilizantes como caminos complementarios para reducir el consumo de energía y exergía.
También existe margen para combinar diferentes recursos renovables. En determinadas regiones de Turquía, por ejemplo, los investigadores apuntan al potencial de la geotermia para la calefacción de invernaderos, mientras que la energía solar puede encargarse de buena parte de la demanda eléctrica y del bombeo.
La conclusión que deja el trabajo es bastante concreta. La agricultura protegida del futuro difícilmente dependerá de una única tecnología.
Será la combinación de generación renovable, gestión inteligente del agua, eficiencia energética y agricultura de precisión la que determine cuánto puede reducirse realmente la huella de producir alimentos.
Y en las regiones secas aparece una prioridad por encima de todas: producir cada tonelada utilizando menos agua y menos energía para moverla. Ahí, precisamente, es donde la fotovoltaica puede convertirse en una pieza especialmente útil.
Más información: Exergy and environmental sustainability assessment of PV integrated greenhouse cucumber production
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