Muchos invernaderos podrían volverse neutrales en energía mediante el uso de paneles solares transparentes para recolectar energía, principalmente de las longitudes de onda de luz que las plantas no usan para la fotosíntesis. Esos son los resultados de un nuevo estudio de modelado realizado por investigadores de ingeniería, biología vegetal y física en la Universidad Estatal de Carolina del Norte.
“Las plantas solo usan algunas longitudes de onda de luz para la fotosíntesis, y la idea es crear invernaderos que generen energía a partir de esa luz no utilizada mientras permiten que pase la mayor parte de la banda de luz fotosintética”, dice Brendan O’Connor, autor correspondiente del estudio y profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial en NC State.
“Podemos hacer esto mediante el uso de células solares orgánicas, ya que nos permiten ajustar el espectro de luz que absorbe la célula solar, por lo que podemos centrarnos en utilizar principalmente longitudes de onda de luz que las plantas no usan. Sin embargo, hasta ahora no estaba claro cuánta energía podría capturar un invernadero si estuviera usando estas células solares orgánicas semitransparentes, selectivas de longitud de onda”.
Para abordar esa pregunta, los investigadores utilizaron un modelo computacional para estimar cuánta energía podría producir un invernadero si tuviera células solares orgánicas semitransparentes en su techo, y si eso sería suficiente energía para compensar la cantidad de energía que el invernadero requiere para operar de manera efectiva. El modelo fue desarrollado para estimar el uso de energía para invernaderos que cultivan tomates en ubicaciones en Arizona, Carolina del Norte y Wisconsin.
“Gran parte del uso de energía en los invernaderos proviene de la calefacción y la refrigeración, por lo que nuestro modelo se centró en calcular la carga de energía necesaria para mantener el rango de temperatura óptimo para el crecimiento del tomate”, dice O’Connor. “El modelo también calculó la cantidad de energía que produciría un invernadero en cada ubicación cuando las células solares se colocaran en su techo”.
El modelado es complejo porque existe una complicada compensación entre la cantidad de energía que generan las células solares y la cantidad de luz en la banda fotosintética por la que permiten pasar. Básicamente, si los productores están dispuestos a sacrificar grandes cantidades de crecimiento fotosintético, pueden generar más energía.
Además, las células solares utilizadas para este análisis son aislantes efectivos, ya que reflejan la luz infrarroja. Esto ayuda a mantener los invernaderos más frescos en el verano, mientras atrapa más calor en el invierno.
El resultado final es que, para muchos operadores de invernaderos, la compensación podría ser pequeña. Particularmente para invernaderos en climas cálidos o templados.
Por ejemplo, en Arizona, los invernaderos podrían volverse neutrales desde el punto de vista energético (sin necesidad de una fuente de energía externa) y al mismo tiempo bloquear solo el 10% de la banda de luz fotosintética. Sin embargo, si los productores están dispuestos a bloquear más luz fotosintética, podrían generar el doble de energía que la necesaria para operar el invernadero. En Carolina del Norte, un invernadero podría volverse neutral en energía y bloquear el 20% de la luz fotosintética. En Wisconsin, sin embargo, los invernaderos no pueden volverse neutrales utilizando las células solares semitransparentes; mantener el invernadero caliente en invierno requiere demasiada energía, dice el estudio. Pero, se agrega que, las células solares pueden satisfacer hasta el 46% de la demanda de energía que necesita el invernadero.
“Si bien la tecnología utiliza algunas de las plantas ligeras de las que dependen, creemos que el impacto será insignificante en el crecimiento de las plantas, y que la compensación tendrá sentido financiero para los productores”, dice O’Connor.
El artículo, “Logrando invernaderos netos de energía cero mediante la integración de células solares orgánicas semitransparentes”, se publica en la revista Joule.
Fuente: World Energy Trade