Encontrando el punto de equilibrio: análisis de la distancia óptima entre filas en sistemas agrivoltaicos con paneles verticales bifaciales

La integración de sistemas fotovoltaicos verticales bifaciales en entornos agrícolas plantea un desafío de optimización fundamental: ¿cuál debe ser la separación entre filas de paneles para maximizar el valor conjunto de la producción energética y agrícola? A diferencia de las instalaciones convencionales, donde la maximización de la densidad energética por hectárea es el objetivo principal, en los sistemas agrivoltaicos la configuración geométrica determina un delicado equilibrio entre la generación eléctrica, la disponibilidad de luz para los cultivos y la operatividad de la maquinaria agrícola.

Como señala un estudio de la Universidad de Turku (Finlandia) publicado en Applied Energy, la distancia entre filas se convierte en la variable de diseño más influyente, afectando tanto la irradiación recibida por los cultivos como la producción energética del sistema. Investigaciones en latitudes altas han establecido que, para mantener un impacto limitado sobre los cultivos, se requieren separaciones de al menos 8 metros. Sin embargo, la literatura reciente muestra que la distancia óptima varía según la latitud, el clima, el tipo de cultivo y los objetivos económicos del proyecto.

Este artículo presenta una revisión sistemática de los estudios más recientes sobre la optimización de la separación entre filas en sistemas agrivoltaicos verticales, con el objetivo de proporcionar a ingenieros, proyectistas y promotores herramientas cuantitativas para la toma de decisiones en el diseño de estas instalaciones.

La literatura científica sobre la optimización de la separación entre filas en sistemas agrivoltaicos verticales ha experimentado un crecimiento notable en los últimos años. Diversos equipos de investigación han abordado esta cuestión desde distintas latitudes y condiciones climáticas, generando un cuerpo de conocimiento que permite extraer conclusiones de validez general.

El estudio más completo en este ámbito proviene de la Universidad de Turku, que ha analizado sistemas verticales bifaciales con orientación esteoeste en condiciones nórdicas (60°N). Los investigadores simularon separaciones que oscilan entre 5 y 100 metros, con 15 filas de módulos en configuración horizontal, una altura libre al suelo de 1 metro y márgenes laterales de 0,5 metros para maquinaria. Este trabajo, validado con datos de producción reales (R² de 0,975), ha establecido parámetros de referencia fundamentales para latitudes altas.

En clima templado, un estudio de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Alta Austria (FH OÖ) analizó 56 configuraciones diferentes de sistemas agrivoltaicos, incluyendo variaciones en la inclinación de los módulos (hasta 60°), orientación (fija sur o seguidor esteoeste) y separación entre filas (6 y 12 metros). Los resultados, centrados en el cultivo de trigo de invierno, ofrecen información valiosa sobre las compensaciones entre densidad energética y rendimiento agrícola en la latitud 48°N.

Para condiciones tropicales, un estudio reciente publicado en la revista Energy ha extendido el análisis a tres localidades de Malasia (26°N), evaluando separaciones de 10, 20 y 30 metros tanto para sistemas inclinados tipo «shed» como para verticales esteoeste. Este trabajo es pionero al incorporar el análisis estacional (seca y húmeda) y evaluar la idoneidad lumínica de un amplio portfolio de cultivos tropicales.

En el clima mediterráneo, un estudio publicado en Sustainable Mediterranean Construction ha evaluado configuraciones con separaciones de 10, 20 y 30 metros en Nápoles (40°N), utilizando el tomate (Solanum lycopersium) como cultivo de referencia. Finalmente, un estudio canadiense analizó tres localidades (London, Calgary y Winnipeg) con separaciones de 5, 15 y 45 metros, identificando cultivos apropiados para cada configuración en clima continental.

3.1. Sobre la irradiación recibida por los cultivos

La variable crítica para el rendimiento agrícola es la irradiación que alcanza el plano del cultivo en comparación con un campo de referencia sin paneles. Los estudios coinciden en establecer umbrales de impacto aceptable. El estudio finlandés proporciona una cuantificación detallada: con una separación de 8 metros, los cultivos reciben al menos el 75% de la irradiación respecto al campo de referencia, nivel considerado de impacto mínimo y que permite mantener la viabilidad agrícola del sistema. Al aumentar la separación a 10 metros —lo que supone una cobertura de suelo del 10%—, la irradiación recibida se sitúa entre el 79,9% y el 82,5% de la referencia. Para proyectos donde la producción alimentaria es prioritaria, el estudio recomienda separaciones de entre 11,3 y 13,7 metros, rango que permite mantener el 90% del rendimiento agrícola.

En el estudio austriaco, con trigo de invierno y paneles inclinados a 60°, se encontró que con 12 metros de separación la reducción de cosecha es solo del 11% respecto al campo sin sombrear. La configuración con seguidores mostró las mayores afecciones a los cultivos debido a la variabilidad de las sombras a lo largo del día.

En el clima mediterráneo de Nápoles, el estudio sobre tomate, cultivo que requiere 4,0 kWh/m²/día, arrojó los siguientes porcentajes de superficie con luz suficiente: con 10 metros de separación se alcanza el 6266% de superficie iluminada; con 20 metros, el 8488%; y con 30 metros, el 8992%. Estos valores reflejan cómo la homogeneidad lumínica mejora sustancialmente al aumentar la distancia entre filas.

3.2. Sobre la producción energética

El comportamiento de la producción energética frente al aumento de la separación entre filas sigue una ley de rendimientos decrecientes. El estudio finlandés cuantifica este fenómeno con precisión: la producción energética por panel aumenta rápidamente hasta alcanzar los 10 metros de separación; por encima de los 20 metros, las ganancias comienzan a estabilizarse en un efecto meseta. En términos de producción específica, con separación de 10 metros se obtienen valores de 276280 kWh por panel anuales, con ligeras variaciones según el cultivo debido a diferencias en el albedo.

La producción energética total por hectárea, sin embargo, disminuye al aumentar la separación, ya que se instalan menos paneles por unidad de superficie. En el estudio tropical de Malasia, las producciones específicas anuales para sistemas verticales se sitúan entre 1,25 y 1,45 GWh/MWp (1.2501.450 kWh/kWp), con densidades energéticas por hectárea que varían entre 320 y 900 MWh/ha/año según la separación y la geometría elegida.

3.3. Sobre el factor de bifacialidad y el albedo de los cultivos

Una de las contribuciones más interesantes de la investigación reciente es la cuantificación del efecto del cultivo sobre la producción energética a través del albedo. Diferentes cultivos reflejan distintas cantidades de luz hacia la cara posterior de los paneles verticales, afectando así la generación eléctrica. El estudio finlandés documenta que la cebada de invierno se asoció con la mayor producción energética y los mayores ingresos económicos, mientras que la avena produjo los valores más bajos entre los cultivos analizados.

Esta interacción introduce una dimensión adicional en el diseño: la elección del cultivo no solo afecta al rendimiento agrícola, sino que también puede optimizar la producción eléctrica. Este acoplamiento entre agronomía y energía es una de las características distintivas de los sistemas agrivoltaicos verticales.

4.1. Latitudes altas (>50°N): la oportunidad nórdica

Las latitudes altas presentan características únicas que favorecen los sistemas verticales: baja altura solar, largos días de verano y frecuente presencia de nieve, que aumenta el albedo. El estudio finlandés concluye que los sistemas verticales bifaciales son plenamente viables en estas condiciones con separaciones a partir de 8 metros. El rango óptimo identificado para mantener el 90% del rendimiento agrícola es de 11,3 a 13,7 metros. En términos económicos, los ingresos dependen principalmente del precio spot de la electricidad más que de la separación exacta elegida, lo que otorga flexibilidad al diseñador.

4.2. Climas templados (40-50°N): el caso austriaco

El estudio austriaco, aunque centrado en sistemas inclinados, proporciona información valiosa sobre la compensación entre densidad energética y rendimiento agrícola. Con 6 metros de separación e inclinación de 60° se alcanza la máxima eficiencia de uso del suelo, con un Land Equivalent Ratio (LER) de 1,43. Con 12 metros de separación, la reducción de cosecha es solo del 11% respecto al campo sin sombrear. El rango óptimo para proyectos balanceados se sitúa entre 6 y 12 metros, según las prioridades del proyecto.

4.3. Climas tropicales (0-10°N): recomendaciones de 20 metros

El estudio malasio, pionero en condiciones tropicales, identifica la separación de 20 metros como la opción más equilibrada para portfolios mixtos de cultivos. Con 10 metros de separación, el sistema resulta adecuado solo para cultivos tolerantes a la sombra, como hortalizas de hoja, hierbas y hongos. Con 20 metros se permite alcanzar un LER ≥1 para la mayoría de cultivos de semisombra y pleno sol, mientras que una separación de 30 metros solo se justifica cuando se prioriza la luz sobre los cultivos por encima de la densidad energética. En el clima mediterráneo, el estudio napolitano corrobora esta tendencia, encontrando el máximo LER (1,095) en la configuración vertical con separación de 20 metros.

Más allá de los aspectos radiativos, la separación entre filas debe responder a exigencias prácticas de la actividad agrícola. Un estudio de 2024 sobre desafíos en sistemas agrivoltaicos verticales identifica varios condicionantes operativos. En primer lugar, la compatibilidad con maquinaria agrícola: la separación entre filas debe alinearse con los anchos de trabajo de los implementos críticos, especialmente las cosechadoras, ya que un desajuste genera franjas sin cosechar o solapamientos que reducen la eficiencia operativa. En segundo lugar, la presencia de filas de paneles verticales complica las maniobras, requiriendo velocidades reducidas y aumentando el riesgo de colisión entre implementos y estructuras.

Además, durante la construcción de los sistemas, la maquinaria pesada puede compactar el suelo en las franjas de instalación, afectando los cultivos posteriores. Otro aspecto relevante es la deriva de fitosanitarios: los paneles verticales pueden acumular depósitos de productos fitosanitarios aplicados mediante pulverización, lo que requiere considerar el uso de boquillas plegables y tecnologías de aplicación de precisión. Como soluciones, el estudio recomienda la adopción de sistemas de guiado GNSS, el uso de maquinaria de baja presión sobre el suelo, y la investigación en dispositivos de limpieza de paneles para mitigar estos problemas.

Para evaluar la eficiencia global de las distintas configuraciones, la literatura utiliza fundamentalmente dos indicadores. El Land Equivalent Ratio (LER) mide la eficiencia del uso del suelo comparando la producción combinada (energía + alimentos) con la que se obtendría si ambos usos ocuparan terrenos separados. Un LER > 1 indica que el uso conjunto es más eficiente que la separación. Los valores reportados en la literatura muestran un rango amplio: en Austria, la configuración con inclinación de 60° y 6 metros de separación alcanza un LER de 1,43, mientras que con 12 metros desciende a 1,24. En Italia, la configuración vertical con 20 metros de separación arroja un LER de 1,095, y con 10 metros desciende a 1,04. En estudios sobre viñedos, se han reportado valores de LER entre 1,27 y 1,50.

El segundo indicador, la densidad energética (MWh/ha/año), refleja la energía generada por unidad de superficie ocupada y es inversamente proporcional a la separación entre filas. En Malasia, las configuraciones verticales con 10, 20 y 30 metros de separación producen respectivamente hasta 900, 500 y 360 MWh/ha/año. En Italia se registran valores similares: 916, 502 y 362 MWh/ha/año para las mismas separaciones. Estos datos ilustran claramente la compensación que debe gestionarse en el diseño: una separación reducida maximiza la energía por hectárea, pero reduce la irradiación sobre los cultivos, mientras que una separación amplia favorece la producción agrícola a costa de una menor densidad energética.

La revisión de la literatura permite establecer un conjunto de recomendaciones para el dimensionamiento de sistemas agrovoltaicos verticales bifaciales, organizadas según la prioridad del proyecto y la región climática.

• Proyectos con prioridad en producción agrícola: se recomienda una separación de 11,3 a 13,7 metros, que permite mantener el 90% del rendimiento agrícola y asegura una irradiación sobre los cultivos de al menos el 75% respecto al campo de referencia.
• Proyectos con prioridad en producción energética: se recomienda una separación de 6 a 8 metros, con cultivos tolerantes a la sombra como hortalizas de hoja, hierbas o hongos.
• Proyectos balanceados en climas templados: el rango óptimo se sitúa entre 10 y 12 metros, con valores de LER esperados entre 1,2 y 1,4 según la configuración.
• Proyectos en climas tropicales: para portfolios mixtos de cultivos se recomienda una separación de 20 metros. Una separación de 10 metros solo debe emplearse cuando los cultivos sean de alta tolerancia a la sombra.
• Proyectos en viñedos: se recomienda que la relación entre la distancia entre filas y la altura de la estructura sea igual o superior a 1,5. La integración en las estructuras existentes reduce costes y permite aprovechar infraestructura ya construida.

La selección de la distancia entre filas en un sistema agrivoltaico vertical bifacial constituye una decisión de diseño central que condiciona tanto la viabilidad agronómica como la rentabilidad energética del proyecto. A partir de la revisión de los estudios disponibles, es posible articular un conjunto de principios, valores de referencia y procedimientos de toma de decisiones que permitan ajustar la configuración a los objetivos específicos de cada instalación.

7.1. Principios generales de diseño

Antes de fijar una separación concreta, el proyectista debe reconocer que la distancia entre filas opera como un regulador fundamental de la compensación entre energía y alimento. Cuanto menor es la separación, mayor es la densidad energética por hectárea, pero también mayor es la heterogeneidad lumínica sobre los cultivos y, en general, la pérdida de producción agrícola. Por el contrario, separaciones amplias mejoran el rendimiento de los cultivos y facilitan las labores mecánicas, pero reducen la cantidad de módulos instalados por unidad de superficie y, por tanto, la generación total del parque.

Esta relación no es lineal. El estudio finlandés muestra que la producción por panel crece rápidamente hasta los 10 metros de separación y tiende a estabilizarse a partir de los 20 metros, mientras que la pérdida de irradiación sobre el cultivo disminuye de manera más gradual. En consecuencia, existe una zona de rendimientos decrecientes donde aumentos adicionales de separación aportan pocas ganancias energéticas, pero todavía mejoran significativamente las condiciones agronómicas. Identificar esa zona es el núcleo del diseño.

Además de la radiación, la separación debe considerar la altura de los módulos, la orientación (esteoeste), la altura libre bajo los paneles y los márgenes laterales para maquinaria. Una práctica común es fijar una altura libre de al menos 1 metro para permitir el paso de implementos agrícolas, y una separación entre filas que sea múltiplo del ancho de trabajo de las cosechadoras y sembradoras para evitar operaciones ineficientes o franjas sin cultivar.

7.2. Valores de referencia según prioridad del proyecto

Los estudios revisados permiten establecer tres grandes categorías de separación según el objetivo principal de la instalación.

Cuando la prioridad es la producción agrícola (objetivo de mantener >90% del rendimiento de referencia): la evidencia señala una separación comprendida entre 11,3 y 13,7 metros. En este rango, la irradiación recibida por los cultivos se sitúa en torno al 90% de la de un campo abierto, y la reducción de cosecha estimada es inferior al 10%. Esta configuración es la más adecuada para explotaciones donde la actividad agrícola es el eje principal y la generación eléctrica se concibe como un ingreso complementario. El LER alcanzado suele ser superior a 1, lo que confirma la mayor eficiencia del uso conjunto del suelo. En climas tropicales, el estudio malasio identifica los 20 metros como el valor equivalente para lograr un LER ≥1 para la mayoría de cultivos de semisombra y pleno sol.

Cuando la prioridad es la producción energética (objetivo de maximizar kWh/ha): la separación óptima se sitúa entre 6 y 8 metros. Con estas distancias se alcanzan densidades energéticas de hasta 900 MWh/ha/año en climas tropicales y valores ligeramente inferiores en latitudes medias. Sin embargo, la irradiación sobre los cultivos desciende al 7580% de la referencia, lo que restringe la elección a cultivos tolerantes a la sombra, como hortalizas de hoja, hierbas aromáticas o determinadas variedades de frutos rojos. En la práctica, esta opción se recomienda cuando la actividad agrícola es secundaria o cuando se ubican en terrenos de baja calidad agrológica.

Cuando se busca un equilibrio balanceado entre energía y agricultura: el rango más recomendado es de 10 a 12 metros. En esta franja, la pérdida de rendimiento agrícola se mantiene en torno al 1015% (según el cultivo), la densidad energética se sitúa entre 500 y 700 MWh/ha/año, y el LER alcanza valores de 1,2 a 1,4, reflejando una sinergia significativa. Este es el escenario típico para proyectos agrovoltaicos de propósito general, donde se busca una convivencia armónica entre ambos usos.

7.3. Adaptación por regiones climáticas y tipos de cultivo

Las recomendaciones anteriores deben matizarse según la latitud y las características climáticas.

• Latitudes altas (>50°N): el rango óptimo para proyectos balanceados se desplaza hacia el extremo superior (1114 metros), en parte porque la baja altura solar invernal hace más sensible la reducción de irradiación y porque la presencia de nieve puede incrementar el albedo, beneficiando a los paneles. Además, los días de verano extremadamente largos compensan parcialmente la menor densidad de módulos.
• Latitudes medias (3550°N): el rango de 1012 metros ofrece un buen compromiso, como demuestran los estudios austriaco e italiano. En esta zona, la inclinación de los paneles en sistemas verticales no es un factor crítico, pero la orientación EsteOeste debe mantenerse para obtener el perfil bimodal deseado.
• Climas tropicales y ecuatoriales: la alta radiación y la escasa variación estacional permiten considerar separaciones mayores (2030 metros) si se priorizan cultivos exigentes en luz, o separaciones de 10 metros si se aceptan cultivos de sombra. La densidad energética por hectárea en los trópicos es la más elevada de todos los climas, lo que otorga flexibilidad económica.
• Climas áridos y semiáridos: aunque existe menos literatura específica, las ventajas microclimáticas de los paneles verticales (reducción de evapotranspiración, protección contra el viento) pueden inclinar la balanza hacia separaciones ligeramente menores, ya que el beneficio agronómico no solo depende de la luz, sino también del balance hídrico. En estos casos, se recomienda un análisis específico con modelos de cultivo que incorporen estrés hídrico.

El tipo de cultivo condiciona asimismo la decisión. Los estudios coinciden en que:

• Cultivos de alta exigencia lumínica (maíz, tomate de industria, girasol) requieren separaciones ≥20 metros para mantener rendimientos aceptables en climas tropicales, y ≥1215 metros en climas templados.
• Cultivos de semisombra (trigo, cebada, patata, muchos frutales) se adaptan bien a separaciones de 1012 metros, con pérdidas moderadas.
• Cultivos tolerantes a la sombra (lechuga, espinaca, hierbas, hongos, frambuesa) pueden producir comercialmente con separaciones de 68 metros, e incluso menos si se combinan con otras medidas agronómicas.

7.4. Consideraciones económicas y análisis de valor

La selección de la distancia entre filas no debe basarse únicamente en parámetros físicos, sino también en la valoración económica de la energía y los productos agrícolas. En mercados eléctricos con precios horarios volátiles y alta penetración solar, la generación de los sistemas verticales coincide con horas de precios elevados, lo que incrementa el valor de cada kWh. Este efecto puede compensar parcialmente una menor densidad energética por hectárea.

Los modelos económicos realizados en el estudio finlandés muestran que, para una separación de 10 metros, los ingresos por venta de electricidad pueden variar en un ±15% según el cultivo elegido (a través del albedo), mientras que la distancia en sí tiene un efecto menos pronunciado en los ingresos totales, siempre que se mantenga dentro del rango de 1020 metros. Esto sugiere que, una vez superado un umbral mínimo de separación (alrededor de 810 metros), la rentabilidad energética se vuelve relativamente estable, mientras que la rentabilidad agrícola sigue mejorando con separaciones mayores.

En consecuencia, para proyectos que busquen maximizar el Valor Actual Neto (VAN) combinado, la distancia óptima será aquella donde el ingreso marginal agrícola (aumento de cosecha por metro adicional de separación) iguale el costo marginal energético (pérdida de ingresos eléctricos por metro adicional). Este punto de equilibrio depende de los precios locales de la electricidad y de los cultivos, y debe calcularse caso por caso.

7.5. Integración con maquinaria y logística agrícola

Una recomendación a menudo infravalorada es la alineación de la separación entre filas con las dimensiones de la maquinaria existente. En la práctica, las separaciones más convenientes suelen ser múltiplos del ancho de trabajo de las cosechadoras (normalmente 3, 6, 9, 12 metros) o coincidir con la distancia entre cabeceros para facilitar los giros. Por ejemplo:

• Una separación de 6 metros permite a una cosechadora de 3 metros de ancho realizar dos pasadas por calle, pero limita las maniobras.
• Una separación de 12 metros es compatible con una cosechadora de 6 metros de ancho (dos pasadas) o con la mayoría de pulverizadores autopropulsados.
• Una separación de 18 o 24 metros puede aprovecharse para sembradoras de gran anchura y reducir el número de cabeceros.

El estudio de Wild & Schueller (2024) destaca que la falta de coordinación entre el diseño de la planta solar y las rutinas agrícolas es una de las principales causas de ineficiencia operativa. Por ello, se recomienda involucrar a los agricultores y asesores técnicos en la fase de diseño para definir la separación que mejor se adapte a los equipos disponibles.

7.6. Guía práctica para la toma de decisiones

A modo de síntesis operativa, se propone un procedimiento escalonado para determinar la separación entre filas en un proyecto agrovoltaico vertical:

1. Definir los objetivos del proyecto: establecer la prioridad entre producción energética, producción agrícola o equilibrio balanceado. Esta decisión fijará un rango de separación inicial (68 m, 1012 m, 1114 m o 20 m).
2. Identificar los cultivos principales y su exigencia lumínica: consultar tablas de necesidades de radiación (ej. DLI, Daily Light Integral) y ajustar la separación dentro del rango según el cultivo más restrictivo.
3. Analizar la maquinaria disponible: determinar el ancho de trabajo de los implementos críticos y ajustar la separación a un múltiplo de ese ancho, o prever la adquisición de equipos compatibles.
4. Evaluar la latitud y el clima: aplicar los factores de corrección regionales (más separación en altas latitudes si se prioriza agricultura; más flexibilidad en trópicos).
5. Realizar un análisis económico comparativo: para dos o tres opciones de separación, estimar los ingresos energéticos (con precios horarios reales o proyectados) y los ingresos agrícolas (con rendimientos esperados), y calcular el VAN conjunto.
6. Validar con simulaciones específicas: emplear herramientas como PVsyst (con módulo bifacial) combinado con modelos de cultivo (DSSAT, STICS) para ajustar el diseño final, especialmente en proyectos de gran escala.

La aplicación de este procedimiento permite pasar de una recomendación genérica a una solución adaptada al contexto concreto, maximizando la rentabilidad global del sistema agrivoltaico vertical.

A pesar de los avances recientes, persisten importantes lagunas de conocimiento que requieren investigación adicional. En primer lugar, la mayoría de los estudios son de naturaleza computacional; se necesitan proyectos piloto con seguimiento plurianual que validen los modelos de producción agrícola y energética en condiciones reales. En segundo lugar, el efecto de la separación sobre la humedad del suelo y la evapotranspiración requiere más investigación, especialmente en regiones áridas y semiáridas donde el microclima generado por los paneles podría tener efectos positivos significativos.

En tercer lugar, los estudios de ingresos basados en precios spot de la electricidad, como el finlandés, deben ampliarse a diferentes mercados eléctricos y escenarios futuros de penetración renovable. En cuarto lugar, la mayoría de los estudios se centran en cultivos herbáceos anuales; se necesita investigación sobre la integración con cultivos perennes, frutales y sistemas silvopastorales. Finalmente, la disparidad de criterios entre países, Francia establece un máximo de 10% de pérdida de cosecha, Japón 20%, sugiere la necesidad de desarrollar estándares internacionales basados en evidencia científica.

Autor: Marcos Carbonell Alemany