La energía solar y los invernaderos.
Categoría: 2. Ciencia y tecnología.
Sobre las recientes aperturas a la modalidad de generadores de energía eléctrica con fuentes alternas, un sector que se aprecia como productor natural de este tipo de energéticos son los productores bajo condiciones de invernadero. Esto tiene sentido desde varios puntos de vista. Uno es dar valor agregado a las instalaciones que se construyen o adaptar las que ya se tienen. Un segundo argumento es el auto-abasto, con el ahorro asociado en materia financiera.
Algunos sistemas de producción bajo invernadero, por ejemplo en el ramo de la floricultura, necesitan de iluminación nocturna para controlar el fotoperiodo, que es muy importante para lograr mejor calidad y una programación precisa de la producción. Por otro lado, prácticamente todos los sistemas de producción agrícola y pecuario bajo invernadero requieren del bombeo de agua, ya sea para su extracción desde la fuente o bien para su adecuada dosificación. Algunos procesos utilizan sistemas para acondicionar el agua, como suavizadores por intercambio iónico, desmineralizadores, filtros de arena y filtros de carbón activado, desinfección con ozono, desinfección con luz ultravioleta, desinfección con productos químicos oxidantes, entre otros, que también consumen energía eléctrica.
Los invernaderos son cuerpos captadores de luz solar, que retienen la energía en forma de ondas de la región infra-roja del espectro, la cual mantiene el calor dentro del volumen aprovechado. Esta energía se captura colocando hojas de plástico transparente que rodean un volumen de aire dentro del cual se cultivan organismos vivos, para los cuales es necesario mantener condiciones de temperatura y humedad relativa apropiadas a su rango de adaptación ambiental. Si estas superficies se encuentran cubiertas de un material fotoeléctrico especialmente diseñado y construido, se puede mantener su función en la captación del calor solar, a la vez que se genera energía eléctrica, es posible mantener ahorros en el consumo de energía eléctrica y obtener mayor ingreso por la inversión en instalaciones.
En las instalaciones donde el balance entre generación/consumo de energía eléctrica sea superior a la unidad, se tiene la posibilidad de exportar ese superávit y obtener un ingreso por ese concepto. En estos casos el objetivo de la producción se diversifica y los ingresos netos pueden alcanzar niveles de rentabilidad financiera.
Las diferentes opciones que existen incluyen los diferentes tipos de paneles solares. Sin embargo, se están desarrollando tecnologías para producir plásticos con materiales fotosensibles que puedan utilizarse para cubrir los invernaderos.
Esto aumentará las posibilidades de generación de recursos en las explotaciones que hacen uso de la tecnología de los invernaderos. Algunas de estas actividades son la piscicultura, la horticultura ornamental, el viverismo, el cultivo de hongos comestibles, la producción de aves, explotaciones hidropónicas, producción de especies menores, como codornices, conejos o insectos.
Según datos estimados, en 1991 se contaba con 791 ha de cultivos bajo invernadero y que para 2013 la cifra había superado las 15000 ha en México. Los estados con mayor superficie de invernaderos son Sinaloa, Jalisco, Baja California y Sonora (Cedillo, 2013). SAGARPA estima que en 2008 el 51% de la superficie de horticultura protegida corresponde a casas sombra, 44% a invernadero y 5% a otros sistemas como los denominados microtúneles y acolchados plásticos (Cedillo, 3013). Las casas sombra y los invernaderos son los únicos sistemas de este tipo que cuentan con estructuras permanentes que con modificaciones pertinentes en el diseño pueden soportar paneles solares o películas plásticas con aplicación fotovoltaica. Los otros son sistemas móviles que no soportan paneles solares o que no son aptos para colocar coberturas colectoras de energía solar.
En la década de 2003 a 2013 la superficie protegida en México se incrementó en 500%. En 2012 la superficie bajo agricultura protegida en México fue de 21,531 ha (SAGARPA, 2012), ocupando el séptimo lugar después de China (2,760,000 ha), Turquía (61,776 ha), Corea (57,444 ha), Japón (49,049 ha), España (45,700 ha) e Italia (39,100 ha). Y por encima de Holanda (9,820 ha), Francia (9,790 ha) y Estados Unidos (8425 ha). Según datos de FILP, 2013. La producción obtenida bajo esos esquemas de agricultura generaron en México un ingreso bruto de 1,500 millones de dólares. También cabe mencionar que ese sector generó 240,000 empleos directos, 300,000 empleos indirectos y tiene un crecimiento potencial de 10,000 nuevos empleos por año. Así mismo, el ritmo de crecimiento del sector es de 1,200 ha por año. Además, esta actividad generó 6,000 empleos en el extranjero en 2009, derivados de los procesos de comercialización, beneficiando principalmente a Estados Unidos. El valor de la infraestructura instalada al 2013 fue de 7,600 millones de dólares para este sector. Los principales cultivos que se manejan bajo el esquema de agricultura protegida son jitomate (Lycopersicum esculentum o Solanum lycopersicum) 70%, pimiento (Capsicum annum var annum), 16% y pepino (Cucumis sativus), 10%.
El 50% de la superficie cultivada bajo el esquema de agricultura protegida se concentra en tres estados: Sinaloa (22%), Jalisco (15%) y Baja California (12%). Entre 80 y 90% de la producción de este sector se destina a la exportación.
Un panel solar de 500W o 0.5kW puede generar una cantidad variable de energía independientemente del sitio donde se coloque. Para estimar la cantidad de energía que puede generar este panel al colocarse en un sitio particular es necesario conocer el factor de insolación (kWh/m2/día) (Eco-Experts). En la ciudad de Londres, el factor de insolación para un panel colocado en la orientación de mejor rendimiento a lo largo del año (38°) los factores de insolación a lo largo del año son los siguientes: enero=1.27, febrero=2.04, marzo=2.76, abril=3.67, mayo=4.17, junio=4.20, julio=4.25, agosto=4.16, septiembre=3.26, octubre=2.41, noviembre=1.53 y diciembre=1.05 kWh/m^2/día (http://www.theecoexperts.co.uk/freebook/appendix-solar-insolation-values-uk).
Para estimar la cantidad de energía que va a producir nuestro sistema podemos emplear la siguiente relación:
Donde
h es el factor de insolación;
A es la superficie del panel solar; y
eta_nom es la eficiencia nominal del panel solar (http://www.greenrhinoenergy.com/solar/technologies/pv_energy_yield.php).
Para la ciudad de Berlín, por ejemplo, se tiene que h=1,200kWh/m^2/año (estimación). De manera que una superficie de 10m^2 de panel solar que tenga una eficiencia nominal del 14%, tendrá una generación estimada de 1,680kWh, durante un año.
En México, el 70% del territorio tiene un factor de insolación superior a 4.5kWh/m^2/día GHI (Global Horizontal Irradiation). Incluyendo los estados con mayor superficie con invernaderos: Sinaloa, Sonora, Baja California y Jalisco. Para la ciudad de Hermosillo, Sonora, los valores del factor de insolación GHI son: enero=3.71; febrero=4.62; marzo=6.12; abril=7.16; mayo=7.69; junio=7.67; julio=6.66; agosto=6.11; septiembre=5.72; octubre=5.02; noviembre=4.06; diciembre=3.48 kWh/m^2/día (Solar Electricity Handbook).
Calculando la generación para un panel de 10 m^2 y una eficiencia de 0.14 (14%) para los datos de factor de insolación reportados para Londres y Hermosillo, encontramos los siguientes valores (kWh al año):
Ciudad
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ene
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feb
|
mar
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abr
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may
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jun
|
jul
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ago
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sep
|
oct
|
nov
|
dic
|
Total
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Hermosillo
|
156
|
194
|
257
|
301
|
323
|
322
|
280
|
257
|
240
|
211
|
71
|
146
|
2857
|
Londres
|
53
|
86
|
116
|
154
|
175
|
177
|
179
|
175
|
137
|
101
|
64
|
44
|
1460
|
Berlin
|
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1680
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Considerando que la superficie bajo agricultura protegida en México en 2012 fue de 21,531 ha (SAGARPA, 2012), y que el 51% de la superficie de horticultura protegida corresponde a casas sombra, 44% a invernadero. Se tiene una superficie total de 20,454 ha susceptibles de soportar paneles solares. Considerando el factor de insolación para la ciudad de hermosillo (285.7 kWh/m^2/año). Esto da un estimado de 5.8438e+11 kWh (584,383.6 MWh).
En 2011 el consumo nacional en México fue de 27,092 GWh (27,092,000 MWh) (SENER, 2012). Esto es, la generación estimada para la superficie cubierta con invernaderos asciende a 2.16% del consumo total de energía eléctrica en México.
La tecnología fotovoltaica está en proceso de introducir tintes o coberturas que se pueden presentar en forma de plásticos traslúcidos susceptibles de ser instalados sobre los invernaderos, cubriendo la función de efecto invernadero, sombreo y generación de energía eléctrica.
La viabilidad financiera puede no ser atractiva para las primeras versiones de esta tecnología. Pero con el avance tecnológico, esto se va a acercar cada vez más a las posibilidades económicas de los productores.
Conclusiones.
- Los productores agrícolas que ya se manejan dentro de la modalidad de agricultura protegida utilizando casas sombra e invernaderos, pueden optar por convertirse en generadores de energía eléctrica, satisfacer sus propias necesidades y en algunos casos exportar el excedente.
- Se puede sustituir hasta un 2.16% del consumo nacional de energía eléctrica si el 100% de la superficie cubierta con invernaderos se destina a la generación de energía eléctrica con paneles solares.
- La viabilidad financiera puede no ser atractiva para las primeras versiones de esta tecnología. Pero con el avance tecnológico, esto se va a acercar cada vez más a las posibilidades económicas de los productores.
Fuentes de información:
Eugenio Cedillo Portugal. 2013. http://noticias.universia.net.mx/ciencia-nn-tt/noticia/2013/02/22/1006897/agriculutra-protegida-encuentra-expansion-mexico.html
Foro Internacional de Logística de Perecederos (FILP). 2013.
Sitio: http://www.expo-carga.com/upload/Pdf/conferencias2013/foros/filp/AMHPAC.pdf
Eco-Experts: http://www.theecoexperts.co.uk/average-annual-yield-pv-solar-panels
Green Rhino Energy: http://www.greenrhinoenergy.com/solar/technologies/pv_energy_yield.php
Editor de ecuaciones: http://rinconmatematico.com/latexrender/
Solar Electricity Handbook: http://solarelectricityhandbook.com/solar-irradiance.html
SENER, 2012: http://sener.gob.mx/res/PE_y_DT/pub/2012/PSE_2012_2026.pdf
