Energia fotovoltaica agrícola – A peça que faltava no quebra-cabeça para produtores de energia e energia agrícola: Geração de eletricidade agrícola utilizando energia fotovoltaica agrícola

Quando se fala em produção de energia agrícola ou no uso de energias renováveis ​​na agricultura, geralmente a primeira coisa que vem à mente são as usinas de biogás. Na verdade, essas usinas se tornaram mais comuns nos últimos 10 anos e representam uma parcela significativa da energia renovável na geração de eletricidade agrícola (18,45% em 2021).

A maior parte da biomassa provém de resíduos agrícolas como estrume, chorume e palha. De acordo com a Agência para Recursos Renováveis ​​(FNR), apenas um terço desse potencial está sendo utilizado atualmente. A madeira para energia, incluindo resíduos florestais e industriais, bem como madeira descartada, é a segunda forma de biomassa mais utilizada. Dois terços desse potencial já estão sendo aproveitados.

Uma importante vantagem da bioenergia é que ela pode ser armazenada e compensar as flutuações da energia eólica e solar.

As desvantagens da bioenergia são particularmente acentuadas quando se trata de cultivo de biomassa. As terras agrícolas utilizadas para culturas energéticas não podem mais ser usadas para a produção de alimentos e ração animal. A crescente demanda por biomassa leva a mudanças no uso da terra. A longo prazo, essa competição pode, entre outras coisas, aumentar o preço dos produtos agrícolas.

Além disso, a biomassa é a forma menos eficiente de uso de energia renovável. Sua eficiência (ou seja, a quantidade de energia produzida em uma determinada área) varia entre 0,5% e 1%. A eficiência de um módulo solar é de cerca de 20%. A energia eólica e a solar superam significativamente a biomassa em termos de eficiência por área.

Participação das fontes de energia renováveis ​​na geração bruta de eletricidade na Alemanha em 2020 e 2021 – Imagem: Xpert.Digital

A estatística mostra a participação das fontes de energia renováveis ​​na geração bruta de eletricidade na Alemanha em 2020 e 2021. Em 2021, cerca de 7,5% da geração bruta total de eletricidade na Alemanha foi produzida a partir de biomassa.

Participação das fontes de energia renováveis ​​na geração bruta de eletricidade na Alemanha em 2020

• Energia eólica (em terra) – 18,40%
• Energia fotovoltaica – 8,60%
• Biomassa – 7,80%
• Energia eólica (offshore) – 4,80%
• Energia hidrelétrica – 3,30%
• Resíduos urbanos – 1%
• Energia geotérmica – 0,04%

Participação de fontes de energia renováveis ​​na geração bruta de eletricidade na Alemanha em 2021*

• Energia eólica (em terra) – 15,80%
• Energia fotovoltaica – 8,80%
• Biomassa – 7,50%
• Energia eólica (offshore) – 4,30%
• Energia hidrelétrica – 3,40%
• Resíduos urbanos – 1%
• Energia geotérmica – 0,03%

*Preliminares.

Módulos solares semitransparentes já estão sendo utilizados em uma instalação de pesquisa da "Model Region Agri-Photovoltaics Baden Württemberg".

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Energias renováveis ​​– Geração de eletricidade na Alemanha por fonte de energia em 2011 e 2021 – Imagem: Xpert.Digital

Produção de biomassa

Em 2011, a biomassa representou 25,88% da geração bruta de eletricidade proveniente exclusivamente de fontes de energia renováveis ​​(124,02 terawatts-hora/TWh). Em 2021, a geração bruta total de energia renovável atingiu 238 TWh. Isso representa um aumento de quase 92% em 10 anos. A participação da biomassa, que era de 25,88% em 2011, caiu para 18,45% em 2021.

Potência gerada por turbinas eólicas

A energia eólica em terra também aumentou significativamente sua geração de eletricidade. Isso se deve ao crescimento da capacidade instalada, principalmente entre 2014 e 2017. No entanto, a taxa de expansão diminuiu consideravelmente nos últimos anos. O mercado de turbinas eólicas offshore também tem sofrido flutuações significativas recentemente.

Produção de usinas de energia renovável (ER) em todo o mundo

Em todo o mundo, a capacidade instalada de usinas de energia renovável aumenta anualmente. Mais recentemente, a Ásia apresentou a maior capacidade instalada. A Europa registrou pouco menos da metade da capacidade instalada da Ásia. Entre as usinas de energia renovável, a hidrelétrica foi a fonte de energia com a maior capacidade instalada em todo o mundo.

Geração bruta de eletricidade a partir de energias renováveis ​​na Alemanha, por fonte de energia, em comparação anual de 2011

• Energia eólica em terra – 49,20 terawatts-hora
• Energia fotovoltaica – 19,60 terawatts-hora
• Biomassa – 32,10 em terawatts-hora
• Energia eólica offshore – 0,60 terawatts-hora
• Energia hidrelétrica* – 17,70 em terawatts-hora
• Resíduos domésticos** – 4,80 em terawatts-hora
• Energia geotérmica – 0,02 terawatts-hora

Geração bruta de eletricidade a partir de energias renováveis ​​na Alemanha, por fonte de energia, em comparação anual de 2021

• Energia eólica em terra – 92 em terawatts-hora
• Energia fotovoltaica – 51,20 em terawatts-hora
• Biomassa – 43,90 em terawatts-hora
• Energia eólica offshore – 25,30 em terawatts-hora
• Energia hidrelétrica* – 19,70 em terawatts-hora
• Resíduos domésticos** – 5,70 terawatts-hora
• Energia geotérmica – 0,20 terawatts-hora

* Geração em usinas hidrelétricas a fio d'água e de armazenamento, bem como geração a partir do fluxo natural em usinas hidrelétricas de bombeamento.
** Geração somente a partir da fração biogênica de resíduos sólidos urbanos (aproximadamente 50%).

Embora a biomassa não tenha se desenvolvido tão rapidamente nos últimos 10 anos e tenha sido ultrapassada pela energia fotovoltaica, seu armazenamento e disponibilidade continuam sendo uma vantagem crucial sobre a energia fotovoltaica, o que deve ser ainda mais incentivado. É evidente para todos os envolvidos que a biomassa não pode ser expandida na mesma medida que a geração de energia solar. No entanto, ainda é possível alcançar progressos significativos com a biomassa, principalmente na expansão do potencial existente.

Nem mesmo a agrivoltaica consegue compensar a desvantagem do armazenamento de energia deficiente. Comparado à biomassa, não existe uma escala de armazenamento de energia comparável em termos de impacto ambiental positivo. Em resumo, o armazenamento de biomassa será sempre mais barato do que o armazenamento de energia, o que também se reflete na avaliação de impacto ambiental. O impacto ambiental do armazenamento de energia só é positivo se a energia utilizada na sua produção for poupada durante o processo de utilização.

A combinação e expansão da funcionalidade da biomassa com a agrofotovoltaica resulta em uma densificação e aumento do potencial de geração de eletricidade agrícola!

Graças aos módulos solares transparentes, as áreas rurais com agricultura ativa têm acesso a uma fonte de energia ampliada e economicamente viável. Isso se aplica a áreas que são de fato terras férteis e valiosas para a agricultura e que não podem ser utilizadas para a geração de energia fotovoltaica, como os sistemas instalados no solo.

A transmissão de luz por módulos solares transparentes permite a geração de eletricidade, possibilitando simultaneamente o cultivo e o crescimento de plantas.

A situação é diferente para instalações também conhecidas como fazendas solares de solo, fazendas solares a céu aberto ou parques solares. Um pré-requisito para essas instalações é que o cultivo agrícola rentável não seja possível nessas áreas. Essas são "áreas desfavorecidas" onde as difíceis condições naturais de produção, devido à altitude, declive, condições climáticas, acessibilidade ou má qualidade do solo, têm maior probabilidade de levar ao abandono da agricultura do que em áreas não desfavorecidas. As áreas desfavorecidas são subdivididas em áreas montanhosas, áreas agrícolas desfavorecidas e pequenas áreas.

A composição e a fertilidade do solo (pontos do solo) também desempenham um papel importante. Isso inclui o Valor Comparativo Agrícola (VCA). Ele representa a rentabilidade agrícola ou hortícola aproximada de uma propriedade rural, de acordo com a Lei de Avaliação de Terras Aráveis, promulgada em 16 de outubro de 1934. Os cálculos do VCA incorporam fatores como fertilidade do solo, condições gerais do solo, qualidade do solo, condições climáticas e irrigação.

Se esses fatores e as condições do solo forem avaliados positivamente e, portanto, for negada a licença para a construção de um parque solar ou de um sistema fotovoltaico instalado no solo nessa terra agrícola utilizável, a agrivoltaica torna-se uma alternativa interessante e uma medida mais eficiente. Essa abordagem permite, essencialmente, a duplicação da utilização da terra agrícola.

Agrifotovoltaica para a agricultura e a transição energética – Imagem: Xpert.Digital / affendi shahidan|Shutterstock.com

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Ao padronizar a Lei de Fontes de Energia Renovável (EEG), a Alemanha criou as condições para a construção em larga escala de sistemas agrivoltaicos (AgriPV) e a correspondente compensação pela sua produção. Essa mudança de mentalidade é urgentemente necessária, pois permite a utilização da maior quantidade possível de terras para a expansão da energia fotovoltaica. Caso contrário, as metas de expansão solar estabelecidas para a transição energética na Europa serão impossíveis de alcançar. O uso duplo de terras agrícolas é um fator crucial para que a Alemanha atinja sua meta de quadruplicar as instalações fotovoltaicas para 215 gigawatts até 2030 em apenas sete anos. Aproximadamente 54 GW foram instalados nos últimos 25 anos.

Uma das principais vantagens dos sistemas agrivoltaicos descentralizados é que uma parcela significativa da eletricidade produzida é frequentemente utilizada localmente, e a conexão à rede elétrica normalmente não exige a expansão extensiva da rede necessária para outros sistemas instalados no solo. Dois sistemas distintos surgiram.

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