Estudo da produção de energia solar fotovoltaica na viticultura com seguidores solares

Abstract

O presente projeto aborda o desenvolvimento e a análise técnica de um sistema agrivoltaico dinâmico, concebido para otimizar a coexistência entre a produção de energia solar fotovoltaica e a exploração agrícola de vinhas e pastagens intercalares. Perante o cenário de crise climática e a crescente competição pelo uso do solo em Portugal, este estudo propõe uma solução que rompe com o modelo de instalação fotovoltaica estática, introduzindo estruturas elevadas com seguidores solares (trackers) de um eixo horizontal, cujos algoritmos de controlo são orientados para a otimização geométrica do espaço e mitigação do stress térmico. A metodologia baseia-se no dimensionamento executivo e na simulação computacional tridimensional de um campo solar de 100,08 kWp para a Quinta de Valbom, em Évora. Utilizando ferramentas GIS (QGIS) para a filtragem orográfica e o software PVsyst 3D para a modelação física da cultura, o sistema adota um controlo adaptativo via algoritmo de backtracking. O objetivo é duplo: maximizar a captação energética anual e atuar como um "escudo climático" passivo nos períodos críticos de calor estival, mitigando a radiação excessiva sobre os bagos, controlando a evapotranspiração potencial (ETP) e preservando os recursos hídricos do solo. A análise comparativa do desempenho elétrico demonstrou que, ao incorporar o sombreamento real da vinha, o Performance Ratio (PR) consolidou-se em 70,80%, gerando uma produção líquida injetada na rede de 167.814 kWh/ano. A nível mecânico, validou-se a viabilidade do tráfego agrícola pesado através de pilares sobreelevados com altura livre de 4,00 metros e um corredor livre de 4,30 metros. Complementarmente, o estudo económico confirmou a elevada atratividade financeira do investimento (CAPEX de 78.232,51 €), apresentando um Valor Atual Líquido (VAL) de +78.788,99 €, uma Taxa Interna de Rentabilidade (TIR) de 14,66% e um Payback Descontado de 9,2 anos. Os resultados confirmam que a integração tecnológica inteligente aumenta a resiliência da viticultura alentejana e cria uma nova fonte de rendimento sem comprometer a produtividade biológica dos solos aráveis.

The present project addresses the development and technical analysis of a dynamic agrivoltaic system, designed to optimize the coexistence between solar photovoltaic power generation and the agricultural exploitation of vineyards and inter-row pastures. In light of the climate crisis scenario and the increasing competition for land use in Portugal, this study proposes a solution that breaks away from conventional static photovoltaic installations by introducing elevated single-axis horizontal solar trackers, whose control algorithms are optimized for geometric space management and thermal stress mitigation. The methodology is based on the engineering design and three-dimensional computer simulation of a 100.08 kWp solar field for Quinta de Valbom, in Évora. Utilizing GIS tools (QGIS) for orographic filtering and PVsyst 3D software for physical crop modeling, the system adopts an adaptive control via backtracking algorithm. The objective is twofold: to maximize annual energy yield and to act as a passive "climate shield" during critical summer heatwaves, mitigating excessive radiation on grape berries, controlling potential evapotranspiration (ETP), and preserving soil water resources. The comparative analysis of electrical performance demonstrated that, by incorporating the real shading of the vineyard, the Performance Ratio (PR) consolidated at 70.80%, generating a net energy injection into the grid of 167,814 kWh/year. At the mechanical level, the feasibility of heavy agricultural machinery traffic was validated through elevated pillars with a clear height of 4.00 meters and a clear corridor width of 4.30 meters. Complementarily, the financial study confirmed the high economic attractiveness of the investment (CAPEX of €78,232.51), presenting a Net Present Value (NPV) of +€78,788.99, an Internal Rate of Return (IRR) of 14,66%, and a Discounted Payback Period of 9.2 years. The results confirm that intelligent technological integration increases the resilience of Alentejo's viticulture and creates a new sustainable revenue stream without compromising the biological productivity of arable lands.