Solar farm-conciliação da produção fotovoltaica com a produção agrícola: vinhas e pastagens

Abstract

O aumento da produção de energia fotovoltaica (FV) em grande dimensão é necessário para mitigação das mudanças climáticas, mas enfrenta desafios significativos por causa de crescente competição pelo uso da terra. Com aumento da população e a necessidade crescente da produção dos alimentos, a acessibilidade de terrenos para instalação dos painéis solares torna-se um problema. Neste contexto, este projeto apresenta uma alternativa conhecida como sistema agrivoltaico (AVS), que é o aproveitamento simultâneo do solo para produção de energia solar e para agricultura, proporcionando benefícios ambientais e económicos. O estudo combina a produção FV com a produção agrícola de vinhas e pastagem na quinta da Escola Superior de Agrária (ESA) no Castelo Branco, Portugal, avaliou a configuração do sistema, o efeito de sombreamento dos painéis nos rendimentos das culturas e viabilidade económica. Na vinha, os resultados mostraram uma elevada valor de índice de equivalência de uso do solo (LER) igual a 2,50, refletindo um aproveitamento duplo vantajoso de 150% em eficiência de uso da terra. Verificou-se o aumento de 80% no rendimento agrícola face a agricultura convencional, o que associado a produção de energia, resultou uma receita anual de 5 453% superior obtida apenas com atividade agrícola convencional na mesma área de estudo e evitou cerca de 197 t CO2e, com melhoria na eficiência do uso da água (WUE) de 6 % a 16 %, apesar de produzir menos 30% de energia e apresentou custo nivelado de energia (LCOE) 33% superior comparado com o sistema convencional. No caso da pastagem, são analisadas duas configurações, a primeira (estrutura fixa e inclinada montada no solo) e a segunda (estrutura de paredes verticais),ambas as configurações analisadas mostraram ser eficientes em termos de sinergia de uso de solo. Mas, a segunda configuração foi escolhida para o seguimento de estudo e análise financeira por apresentar maior eficiência de uso dublo de solo e menor perda na produção de forragem. A segunda configuração, apresentou o LER de 1,60, mostrando 60% da eficiência no uso do solo, apesar de uma redução de 7% na produção de forragem. Os ganhos económicos superaram essa perda, com uma receita 586% superior à de agricultura convencional praticada na mesma área e evitou cerca de 144 t CO2e. A produção de energia foi cerca de 37% inferior em relação ao sistema convencional, com o LCOE de 25% mais alto.

Abstract: The large-scale expansion of photovoltaic (PV) energy production is essential for mitigation climate change; however, it faces significant challenges due to increasing competition for land use. With population growth and rising demand for food production, land availability for solar panel installation is becoming a critical issue. In this context, this project presents an alternative known as the agrivoltaic system AVS), which enables the simultaneous use of land for both solar energy generation and agricultural production, offering environmental and economic benefits.This study combines PV production with agricultural cultivation of vineyards and pastureland at the farm of the Escola Superior Agrária (ESA) in Castelo Branco, Portugal. It assessed the system configuration, the impact of panel shading on crop yields, and its economic viability. In the vineyard, the results showed a high Land Equivalent Radio (LER) of 2.50, reflecting a 150% improvement in land-use efficiency through dual use. An 80% increase in agricultural yield was recorded compared to conventional farming, and when combined with energy production, it led to a revenue 5,453% higher than that generated solely through traditional agriculture in the same area. Additionally, the system avoided approximately 197 t CO2e emissions, along with a Water Use Effciency (WUE) improvement ranging from 6% to 16%, despite producing 30% less energy than the conventional system, and it achieved a Levelized Cost of Energy (LCOE) 33% higher compared to the conventional system.For the pasture, two system configurations were evaluated: the first, with fixed and tilted structures mounted on the ground, and the second, using vertical wall structures. Both configurations demonstrated efficient land-use synergy. However, the second configuration was selected for continued study and financial analysis due to its higher dual land-use efficiency and lower forage yield loss. The second configuration presented an LER of 1.60, demonstrating a 60% improvement in land use efficiency, despite a 7% reduction in forage production yiel. The economic benefits outweighed this loss, with revenue 586% higher than that of conventional agriculture practiced in the same area, and approximately 144 tCO2e emissions were avoided. Energy production was about 37% lower compared to the conventional system, with the LCOE 25% higher.