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Maximización Concurrente de la Producción de Cultivos y Energía en Sistemas Agrivoltaicos de Eje Único

Imagen de Tellkes

Tellkes

  • 5 marzo 2026

El presente artículo analiza una investigación pionera en sistemas agrivoltaicos (Agri-PV) que introduce dos estrategias novedosas de seguimiento solar de eje único. El estudio, liderado por el investigador Sultan Tekie de la Universidad de Mälardalen (Suecia), propone un enfoque revolucionario que integra la fisiología vegetal directamente en el control de los sistemas de seguimiento solar.

A diferencia de las estrategias tradicionales que dependen de umbrales de sombra estáticos o reglas empíricas, las nuevas estrategias aprovechan la curva de respuesta a la luz del cultivo para regular la orientación de los paneles basándose en el inicio de la saturación fotosintética, vinculando así la operación fotovoltaica con la fisiología de la planta.

Contexto de la Investigación: La Evolución de los Sistemas Agrivoltaicos hacia la Optimización Fisiológica

Los sistemas agrivoltaicos (Agri-PV) representan una respuesta tecnológica a la creciente competencia por el uso del suelo entre producción alimentaria y generación de energía renovable. Estos sistemas, definidos como la integración de infraestructuras fotovoltaicas con actividades agrícolas en la misma unidad de superficie, han emergido como una solución paradigmática dentro del nexo agua-energía-alimentación (WEF, por sus siglas en inglés). La conceptualización de esta tecnología se remonta a los trabajos pioneros de Goetzberger y Zastrow en la década de 1980, quienes propusieron por primera vez la coexistencia armoniosa entre conversión de energía solar y crecimiento vegetal. Sin embargo, ha sido en la última década cuando los sistemas Agri-PV han experimentado un desarrollo acelerado, impulsados por la urgencia de abordar simultáneamente los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS); Hambre Cero y Energía Asequible y No Contaminante.

El principio fundamental que sustenta la agrivoltaica radica en la optimización de la productividad global del suelo mediante la generación de sinergias entre la producción de energía y el cultivo de especies vegetales. Esta eficiencia se cuantifica habitualmente mediante el Land Equivalent Ratio (LER), donde un valor superior a 1 indica que el sistema dual produce más alimento y energía por hectárea que la suma de los sistemas separados. Investigaciones recientes sugieren que los sistemas agrivoltaicos pueden incrementar la productividad del suelo hasta en un 70% comparado con usos convencionales separados, generando hasta 2.5 veces más energía por hectárea que la agricultura o la fotovoltaica convencionales por separado.

No obstante, la implementación de sistemas Agri-PV plantea un desafío fundamental de optimización multi-objetivo: balancear la maximización de la producción energética con las necesidades fisiológicas de luz de los cultivos. La mayoría de las estrategias operativas existentes dependen de umbrales de sombra estáticos o reglas empíricas predefinidas, lo que limita significativamente la eficiencia del uso dual del suelo al no considerar la dinámica fisiológica de las plantas ni la variabilidad ambiental temporal.

Estudios recientes han demostrado que existe una fuerte correlación negativa (≈ -0.99) entre la conversión energética y la productividad de los cultivos en configuraciones estáticas, evidenciando los trade-offs inherentes al diseño convencional de sistemas Agri-PV. En este contexto, la investigación de Tekie introduce un cambio de paradigma al proponer estrategias de seguimiento solar dinámicas basadas en parámetros fisiológicos vegetales específicos: la curva de respuesta a la luz y el Daily Light Integral (DLI).

La relevancia de este enfoque fisiológico se fundamenta en el concepto del punto de saturación fotosintética (light saturation point). Las plantas presentan una curva de respuesta a la luz característica donde, tras una fase inicial de incremento lineal de la fotosíntesis con la intensidad lumínica, se alcanza un punto de rodilla (knee-point) donde la curva comienza a saturarse. Más allá de este punto, incrementos adicionales de radiación fotosintéticamente activa (PAR) no se traducen en aumentos significativos de la tasa fotosintética, e incluso pueden generar estrés lumínico o fotoinhibición.

Es crucial considerar que las especies de cereales objeto de este estudio presentan metabolismo fotosintético diverso: el trigo y el arroz son especies C3, mientras que el maíz es una especie C4. Las plantas C4 presentan un punto de saturación lumínica más elevado que las C3, pudiendo aprovechar intensidades de luz superiores antes de alcanzar la saturación fotosintética. Sin embargo, las especies C3 tienen un punto de compensación lumínico más bajo, permitiéndoles iniciar la fotosíntesis con niveles de radiación menores. Esta diferencia fisiológica tiene implicaciones directas para el diseño de estrategias de sombreado dinámico en sistemas agrivoltaicos, ya que la respuesta al sombreado parcial variará significativamente entre cultivos de cereales.

El Daily Light Integral (DLI), definido como la cantidad total de PAR recibida por un cultivo durante un día completo (expresada en mol·m⁻²·día), constituye otro parámetro crítico en la fisiología de cultivos. Diferentes especies y estadios fenológicos presentan requisitos específicos de DLI para optimizar el crecimiento y desarrollo. La investigación de Tekie (2026) aprovecha estos conocimientos fisiológicos para desarrollar algoritmos de control de seguimiento solar que transciendan los enfoques basados en umbrales fijos, estableciendo un vínculo directo entre la operación fotovoltaica y la fisiología vegetal.

La transición hacia sistemas de seguimiento solar de eje único (single-axis tracking) en configuraciones agrivoltaicas ha sido motivada por estudios que demuestran su superioridad económica y técnica. Investigaciones recientes indican que los sistemas con seguidores presentan un Costo Nivelado de Energía (LCOE) significativamente menor (0.077 €/kWh) comparado con estructuras fijas (0.10 €/kWh), con incrementos de aproximadamente 35 % en la producción eléctrica mensual. Sin embargo, el potencial de estos sistemas no se ha explotado completamente hasta la introducción de estrategias operativas que integren inteligentemente las necesidades de los cultivos, como las propuestas DLIT y KPT.

La investigación de Tekie se enmarca dentro de una tendencia creciente hacia la optimización multidisciplinar de sistemas agrivoltaicos, donde la distancia entre hileras (row pitch) ha sido identificada como la variable de diseño más influyente, con espaciados óptimos entre 5-10 metros dependiendo de la localización y restricciones normativas. La variabilidad interanual del clima puede generar fluctuaciones de hasta 10 % en el LER de cultivos, subrayando la necesidad de sistemas adaptativos que respondan a condiciones ambientales en tiempo real.

 

Imagen: REM Tec

Estrategias Operativas Propuestas: Fundamentos Fisiológicos y Mecanismos de Control

El estudio de Tekie introduce dos estrategias novedosas de seguimiento solar de eje único que representan un avance paradigmático respecto a los enfoques convencionales basados en umbrales estáticos de sombra. Estas estrategias, denominadas DLIT (Daily Light Integral Tracking) y KPT (Knee-Point Tracking), integran directamente los parámetros fisiológicos de fotosíntesis en los algoritmos de control de los seguidores solares, estableciendo un puente dinámico entre la producción energética y las necesidades lumínicas del cultivo.

1. DLIT – Daily Light Integral Tracking: Optimización basada en el Balance Lumínico Diario

La estrategia DLIT constituye un enfoque de control híbrido que prioriza la acumulación de luz fotosintéticamente activa (PAR) necesaria para el cultivo antes de maximizar la captación energética. El mecanismo operativo se estructura en dos fases diferenciadas:

• Fase 1: Seguimiento Activo Fotosintético (AT). Durante las primeras horas del día, el sistema opera en modo de seguimiento activo (Active Tracking), orientando los paneles para maximizar la transmisión de PAR al dosel vegetal. Esta fase continúa hasta que el cultivo acumula el DLI objetivo específico para su especie y estadio fenológico. El DLI representa la integral diaria de flujo de fotones fotosintéticamente activos (PPFD), expresada en mol·m⁻²·día, constituyendo un indicador crítico del potencial de crecimiento vegetal.
• Fase 2: Transición a Seguimiento de Inclinación (TT). Una vez satisfecho el requisito DLI, el sistema conmuta automáticamente al modo de seguimiento de inclinación (Tilt Tracking), reorientando los paneles para maximizar la incidencia directa de radiación solar sobre la superficie fotovoltaica, independientemente de la transmitancia al cultivo subyacente.

Representación esquemática de las estrategias de seguimiento evaluadas en este estudio. TT, AT y ST se incluyen como referencias frente a métodos convencionales y estudios previos, mientras que DLIT y KPT representan las nuevas estrategias introducidas en este trabajo.

 

Los resultados experimentales demuestran que DLIT mantiene la conversión energética dentro de aproximadamente el 1 % del rendimiento máximo teórico de TT (≈ 99 % de eficiencia energética relativa), mientras que la reducción de biomasa se limita al 10 % comparado con el seguimiento activo continuo. Este equilibrio evidencia que las restricciones lumínicas diarias del cultivo pueden preservar la producción energética con penalizaciones agronómicas moderadas, siempre que el DLI crítico se alcance durante las horas de mayor eficiencia fotosintética.

La efectividad de DLIT depende críticamente de la especificación del DLI objetivo, el cual varía significativamente entre especies de cereales. Investigaciones recientes han establecido que el trigo de invierno (Triticum aestivum) requiere DLI óptimos entre 20-30 mol·m⁻²·día, mientras que el maíz (Zea mays), como especie C4, demanda rangos superiores de 25-35 mol·m⁻²·día para maximizar la eficiencia de uso de la radiación (RUE) . El arroz (Oryza sativa), por su parte, presenta requerimientos intermedios (20-25 mol·m⁻²·día) pero mayor tolerancia al sombreado debido a su adaptación a condiciones de alta humedad.

 

 

Diagrama esquemático que muestra el flujo del modelo DLIT.

 

 

2. KPT – Knee-Point Tracking: Control basado en la Curva de Respuesta a la Luz

La estrategia KPT representa un refinamiento fisiológico más sofisticado, utilizando la curva de respuesta a la luz del cultivo para identificar el punto de saturación fotosintética (knee-point) y regular dinámicamente la orientación del panel. Esta aproximación se fundamenta en la cinética de la fotosíntesis a nivel de hoja: la relación entre la tasa fotosintética neta (Pn) y la densidad de flujo de fotones fotosintéticamente activos (PPFD) presenta una fase inicial de respuesta lineal, seguida de una curva de saturación donde incrementos adicionales de radiación no se traducen en ganancias fotosintéticas proporcionales.

El punto de rodilla (knee-point) corresponde al PPFD donde la curva de respuesta transita de la fase lineal a la zona de saturación. Para especies C3 como el trigo y el arroz, este punto típicamente se sitúa entre 800-1200 μmol·m⁻²·s⁻¹ de PPFD, mientras que para el maíz (C4), el punto de saturación es considerablemente más alto (1500-2000 μmol·m⁻²·s⁻¹), reflejando su mayor capacidad de aprovechamiento de alta intensidad lumínica.

El algoritmo KPT opera mediante la monitorización continua del PPFD incidente y la comparación con el umbral de saturación específico del cultivo. Cuando el PPFD excede el knee-point, el sistema ajusta el ángulo de inclinación de los paneles para moderar la transmitancia al cultivo, redirigiendo la radiación excedente hacia los módulos fotovoltaicos. Este mecanismo permite «recuperar» la radiación fotosintéticamente excedente para conversión energética, sin penalizar el crecimiento vegetal.

Los resultados de Tekie demuestran que KPT logra un equilibrio superior: limita las pérdidas de biomasa a aproximadamente el 2 % respecto al seguimiento activo continuo, mientras retiene más del 85 % del rendimiento energético alcanzado por el seguimiento de inclinación pura. Esta eficacia se explica porque la mayoría de los cultivos de cereales alcanzan la saturación fotosintética durante las horas centrales del día, precisamente cuando la radiación solar es más intensa y el potencial de generación fotovoltaica es máximo.

 

Diagrama esquemático que muestra el flujo del modelo KPT.

3. Comparativa de Estrategias y Análisis de Trade-offs

 

La comparativa revela que KPT ofrece el mejor compromiso entre productividad agrícola y generación energética, aunque requiere sensores de PPFD de alta resolución temporal y calibración específica por especie. DLIT, por su parte, presenta una implementación técnicamente más sencilla al depender de acumulados diarios en lugar de respuestas instantáneas, resultando especialmente adecuada para cultivos con requisitos de luz bien caracterizados y condiciones climáticas predecibles.

Investigaciones recientes en sistemas de seguimiento bifaciales han demostrado que los algoritmos de backtrackingpersonalizados pueden complementar estas estrategias, evitando el sombreado parcial de cultivos en configuraciones inter-hilera (inter-row) y permitiendo la integración de cultivos más altos que en sistemas de inclinación fija. Esta sinergia entre seguimiento dinámico y diseño de sistema abre nuevas posibilidades para la optimización dual.

 

Imagen: REM TEC s.r.l.

Marco Teórico: Bases Fisiológicas y Tecnológicas

1. Curva de Respuesta a la Luz y Fotosíntesis en Cereales

La curva de respuesta a la luz constituye el fundamento biofísico de las estrategias DLIT y KPT. Esta curva describe la relación matemática entre la densidad de flujo de fotones fotosintéticamente activos (PPFD) incidente sobre la hoja y la tasa neta de asimilación de CO₂ (fotosíntesis). La cinética de esta respuesta presenta tres fases características:

• Fase de limitación lumínica (0-200 μmol·m⁻²·s⁻¹ PPFD). En esta zona de baja radiación, la fotosíntesis aumenta linealmente con el PPFD, siendo la captación de cuantos lumínicos el factor limitante. La eficiencia cuántica aparente (AQY) es máxima, aunque la tasa fotosintética absoluta permanece baja. Para cereales en estadios iniciales o condiciones de sombra densa, esta fase es crítica para el establecimiento del cultivo.
• Fase de transición (200-1000 μmol·m⁻²·s⁻¹ PPFD). La relación se vuelve curva, con disminución progresiva de la eficiencia incremental. La enzima Rubisco (ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa/oxigenasa) comienza a operar cerca de su capacidad máxima de carboxilación (Vcmax), y la regeneración de ribulosa-1,5-bisfosfato (RuBP) se convierte en factor co-limitante.
• Fase de saturación (>1000-1500 μmol·m⁻²·s⁻¹ PPFD). La tasa fotosintética alcanza un plateau asintótico (Pmax). Incrementos adicionales de PPFD no incrementan la asimilación neta, e incluso pueden inducir fotoinhibición si la capacidad de disipación de energía del fotosistema II se satura. Este es precisamente el rango donde las estrategias KPT resultan más efectivas, recuperando radiación «fotosintéticamente excedente» para generación eléctrica.

 

La diferenciación metabólica entre cereales C3 (trigo, arroz) y C4 (maíz, sorgo) es crucial para la parametrización de estos sistemas. Las especies C4 presentan un mecanismo de concentración de CO₂ en las células del haz (ciclo de Hatch-Slack) que suprime la fotorespiración y eleva el punto de saturación lumínica. Estudios de intercambio de gases y fluorescencia de clorofila han confirmado que el incremento de la capacidad de carboxilación de Rubisco (Vcmax) con el contenido de nitrógeno foliar es significativamente mayor en cultivos C3 que en C4, implicando que las estrategias de sombreado dinámico deben considerar no solo la especie, sino el estado nutricional del cultivo.

2. Daily Light Integral (DLI): Cuantificación del Requerimiento Lumínico

El DLI integra el PPFD instantáneo a lo largo del fotoperíodo, proporcionando una métrica acumulativa del recurso lumínico disponible para el crecimiento vegetal. Su importancia radica en que el crecimiento de los cultivos está directamente relacionado con la radiación interceptada acumulada, siguiendo el principio de la Ley de Monteith: la producción de biomasa es el producto de la radiación fotosintéticamente activa interceptada (IPAR) y la eficiencia de uso de la radiación (RUE).

 

 

Investigaciones recientes en arroz han demostrado que ciertas variedades glutinosas pueden mantener rendimientos estables o incluso mejorados bajo paneles solares, mediante mecanismos compensatorios que incluyen la reducción del número de panículas, pero incremento del número de espiguillas por panícula, así como la mitigación del estrés térmico durante el llenado del grano. Este hallazgo subraya la importancia de la selección varietal específica para sistemas agrivoltaicos, más allá de la optimización del sombreado.

 

3. Sistemas de Seguimiento Solar de Eje Único: Tecnología y Evolución

Los sistemas de seguimiento solar de eje único (Single-Axis Tracking, SAT) permiten la rotación de los paneles fotovoltaicos alrededor de un eje horizontal (típicamente orientado Norte-Sur) para seguir la trayectoria solar diaria. Esta tecnología incrementa la captación de radiación directa entre un 20-35% comparado con sistemas de inclinación fija optimizada, dependiendo de la latitud y las condiciones climáticas locales.

En el contexto agrivoltaico, los seguidores presentan ventajas adicionales sobre los sistemas fijos:

• Homogeneización de la radiación terrestre. Los sistemas de seguimiento distribuyen la sombra de manera más uniforme que las estructuras fijas orientadas al ecuador, reduciendo los efectos de sombreado concentrado que pueden ser perjudiciales para el desarrollo vegetal.
• Adaptabilidad fenológica. La capacidad de ajustar el ángulo de inclinación permite modificar la transmitancia lumínica según el estadio de desarrollo del cultivo, siendo posible priorizar el crecimiento vegetativo (mayor transmitancia) durante las fases iniciales y la generación energética (mayor inclinación) durante la maduración.
• Optimización del LCOE. Estudios comparativos recientes han establecido que los sistemas agrivoltaicos con seguidores presentan un Costo Nivelado de Energía (LCOE) de 0.077 €/kWh, significativamente inferior a los 0.10 €/kWh de estructuras fijas equivalentes, con incrementos de ~ 35 % en la producción eléctrica mensual.

La integración de algoritmos de aprendizaje automático (machine learning) representa la frontera actual en optimización de seguimiento solar. Sistemas basados en Deep Q-Learning (DQL) permiten a los seguidores mejorar progresivamente sus estrategias de orientación, minimizando simultáneamente el desgaste mecánico y maximizando la eficiencia energética. Modelos híbridos que integran detección de nubes mediante CNN (Redes Neuronales Convolucionales), predicción de irradiancia mediante LSTM (Long Short-Term Memory) y control de seguimiento por aprendizaje por refuerzo, permiten ajustes proactivos basados en condiciones climáticas anticipadas, reduciendo pérdidas por variabilidad ambiental.

 

Imagen: Fraunhofer ISE

Publicaciones Relacionadas: Impacto de Agri-PV en Cereales

1. Trigo de Invierno (Triticum aestivum L.)

El trigo de invierno constituye uno de los cultivos más estudiados en sistemas agrivoltaicos de climas templados. Weselek et al. (2021) condujeron un estudio multi-anual en Heggelbach, Alemania, evaluando el impacto de un sistema agrivoltaico sobre la rotación de cultivos orgánicos. Sus resultados revelaron una variabilidad interanual significativa en la respuesta del rendimiento: mientras que en 2017 se observó una reducción del 18.7% en el rendimiento de grano bajo el sistema AV, en 2018 (caracterizado por un verano cálido y seco) el rendimiento fue un 2.7% superior al control sin paneles. Esta variabilidad atribuible a condiciones meteorológicas anuales subraya la necesidad de estrategias de sombreado adaptativas como DLIT y KPT.

El análisis de microclima demostró que la radiación fotosintéticamente activa (PAR) se redujo aproximadamente un 30 % bajo el sistema AV, con reducciones concomitantes de la temperatura del suelo durante los episodios de calor estival. Este efecto estabilizador de temperatura puede conferir ventajas en escenarios de cambio climático, donde la frecuencia de olas de calor extremo está aumentando.

2. Maíz (Zea mays L.)

El maíz, como especie C4 de alto requerimiento lumínico, presenta particular sensibilidad a la reducción de radiación. Amaducci et al. (2018) desarrollaron un modelo de simulación para sistemas agrivoltaicos en Italia, demostrando que, bajo condiciones de secano, el rendimiento medio del grano fue mayor y más estable bajo agrivoltaico que a plena exposición solar. La ventaja relativa aumentó proporcionalmente con la intensidad del estrés por sequía, evidenciando el rol protector del sombreado parcial en la mitigación del estrés hídrico.

Sanchez et al. (2024) de la Universidad Purdue realizaron un estudio multi-anual de maíz bajo sistemas agrivoltaicos con seguimiento, monitoreando parámetros fenológicos críticos como fechas de antesis y silking, altura de planta y desarrollo de mazorca. Sus hallazgos indican que el seguimiento dinámico permite modelar la distribución espacial de irradiancia, optimizando el desarrollo reproductivo del cultivo. La tasa fotosintética del maíz durante el estadio de llenado del grano es determinante crítica del rendimiento final, mantener altos niveles de Pn durante este período mediante control dinámico de sombra representa una estrategia prometedora.

3. Arroz (Oryza sativa L.)

El arroz ha demostrado ser particularmente compatible con sistemas agrivoltaicos debido a su adaptación evolutiva a condiciones de alta humedad y su tolerancia al sombreado. Gonocruz et al. (2021) establecieron mediante estudios de caso en Japón que los límites superiores permisibles de tasa de sombra para instalaciones agrivoltaicas oscilan entre 27-39 %, manteniendo al menos el 80 % del rendimiento de arroz convencional. Este rango permite simultáneamente un potencial de generación estimado de 284 millones MWh/año si se implementara a escala nacional en Japón.

Estudios recientes de la Universidad de Chiba (2026) compararon múltiples cultivos, variedades y métodos de cultivo bajo sistemas de «solar sharing«. El arroz fue el cultivo menos afectado por el sombreado, con variedades glutinosas mostrando pesos de grano estables o incluso mejorados bajo paneles. Los mecanismos subyacentes incluyen respuestas compensatorias (menor número de panículas, pero más espiguillas por panícula) y mitigación del estrés por calor durante el llenado del grano, un factor crítico de calidad en arroz.

4. Sistemas de Seguimiento en Agri-PV: Optimización Económica y Técnica

La KU Leuven (Bélgica, 2025) realizó un análisis comparativo exhaustivo de sistemas agrivoltaicos con seguidores versus estructuras fijas. Los resultados fundamentan la superioridad económica de los sistemas de seguimiento: LCOE de 0.077 €/kWh (tracking) versus 0.10 €/kWh (fijo), con incrementos del ~ 35 % en producción eléctrica mensual. Adicionalmente, los sistemas de seguimiento demostraron mejor rendimiento en temporadas secas, cuando la protección del cultivo y la generación eléctrica alcanzan su máxima sinergia.

La investigación de Valle et al. (2024) en sistemas de seguimiento optimizado para cultivos de ciclo completo demostró que estrategias de seguimiento personalizadas pueden resultar en biomasa de lechuga comparable a controles de pleno sol, estableciendo el precedente para el desarrollo de algoritmos específicos por cultivo. La extensión de estos principios a cereales mediante las estrategias DLIT y KPT representa la evolución lógica del campo.

 

Imagen: Joe DelNero, NREL

Implicaciones y Aplicaciones

1. Beneficios de las Estrategias DLIT y KPT

Las estrategias operativas propuestas por Tekie (2026) ofrecen beneficios multidimensionales que trascienden la mera optimización de rendimientos:

• Vinculación fisiológica directa. Al fundamentar el control del seguidor en parámetros fisiológicos medibles (DLI, curva de respuesta a la luz), se establece un marco científico reproducible que supera los enfoques empíricos tradicionales basados en umbrales de sombra arbitrarios.
• Operación flexible y adaptativa. La capacidad de respuesta a variabilidad ambiental en tiempo real permite que el sistema se adapte a condiciones meteorológicas fluctuantes, maximizando la resiliencia productiva ante el cambio climático. Estudios recientes han demostrado que la variabilidad interanual del clima puede generar fluctuaciones de hasta 10 % en el Land Equivalent Ratio (LER) de cultivos, haciendo crítica la adaptabilidad del sistema.
• Optimización del nexus alimentación-energía-agua. Los sistemas agrivoltaicos con control dinámico de sombreado reducen la evapotranspiración del cultivo entre 20-30%, optimizando el uso del agua sin sacrificar rendimientos agrícolas significativos. Esta característica es particularmente valiosa en regiones con estrés hídrico creciente.
• Fundamentación para automatización inteligente. El marco fisiológico establecido por DLIT y KPT proporciona la base para la integración de sistemas de inteligencia artificial y aprendizaje automático. Algoritmos de Deep Q-Learning pueden optimizar aún más estas estrategias, prediciendo condiciones climáticas y ajustando proactivamente los parámetros de control.

 

2. Relevancia Específica para Cereales

Los cereales presentan características fenológicas que hacen particularmente adecuadas las estrategias de control dinámico:

• Trigo. El DLI objetivo puede ajustarse según la fase de desarrollo: mayores requerimientos durante las fases de embuchamiento y floración (estadios críticos para la definición del número de granos), con posibilidad de mayor sombreado durante el llenado sin afectar significativamente el peso del grano.
• Maíz. La optimización durante el período crítico de floración (antesis-silking) es esencial para evitar aborto de óvulos y asegurar el potencial de rendimiento. El control KPT puede mantener PPFD óptimos (> 1000 μmol·m⁻²·s⁻¹) durante esta ventana crítica, recuperando radiación excedente para generación eléctrica durante el resto del día.
• Arroz. La gestión dinámica de sombra permite mitigar el estrés térmico durante el llenado del grano, mejorando la calidad del arroz (reducción de granos quebrados y tizón) mientras se mantiene la producción energética. La tolerancia al sombreado del arroz permite configuraciones más agresivas de seguimiento energético sin penalizaciones agronómicas severas.

3. Impacto en la Resiliencia al Cambio Climático

Los sistemas agrivoltaicos con seguimiento inteligente constituyen una tecnología de adaptación climática de alta potencia. En condiciones de calor y sequía extremos, el sombreado parcial reduce la temperatura del dosel vegetal y del suelo, disminuyendo el estrés térmico y mejorando la eficiencia del uso del agua.

Investigaciones recientes han demostrado que, durante el verano de 2024, caracterizado por temperaturas excepcionalmente altas en Japón (+1.76 °C sobre el promedio histórico), los sistemas agrivoltaicos proporcionaron enfriamiento efectivo de los campos de arroz, mitigando el estrés por calor que de otro modo habría comprometido la calidad del grano. Este efecto estabilizador será críticamente importante bajo escenarios de cambio climático donde se proyecta un incremento en la frecuencia e intensidad de olas de calor.

La capacidad de los sistemas DLIT/KPT para modificar dinámicamente el microclima del cultivo ofrece una ventaja adaptativa sobre los sistemas de sombreado estático, permitiendo responder a eventos climáticos extremos en tiempo real (p. ej., aumentar la transmitancia durante períodos nublados para compensar déficits de DLI, o maximizar el sombreado durante picos de temperatura extrema).

4. Perspectivas de Integración Tecnológica

La convergencia de agrivoltaica inteligente con agricultura de precisión abre horizontes prometedores:

• Sensórica avanzada. La integración de sensores de fluorescencia de clorofila, termografía infrarroja y monitorización de humedad del suelo permitiría refinar los algoritmos DLIT/KPT, incorporando no solo la respuesta a la luz sino el estado hídrico y nutricional del cultivo en tiempo real.
• Control predictivo. Sistemas de aprendizaje profundo (Deep Learning) pueden anticipar condiciones meteorológicas de corto plazo (horas a días) y ajustar proactivamente la estrategia de seguimiento, optimizando el balance energía-cultivo antes de que ocurran cambios climáticos.
• Optimización multi-objetivo. Algoritmos evolutivos y de enjambre (swarm intelligence) pueden optimizar simultáneamente múltiples variables: producción energética, rendimiento agrícola, uso de agua, calidad del producto y rentabilidad económica, generando frentes de Pareto de soluciones óptimas según prioridades del productor.

La investigación de Tekie sienta las bases científicas para desarrollos futuros, demostrando que la integración de la fisiología vegetal en el control de sistemas fotovoltaicos no solo es técnicamente viable, sino que ofrece mejoras sustanciales en la eficiencia del uso del suelo comparado con enfoques convencionales.

 

Imagen: shutterstock

Conclusiones

La investigación de Sultan Tekie representa un avance significativo en el campo de los sistemas agrivoltaicos al introducir un paradigma de control que integra directamente la fisiología vegetal en la operación de seguidores solares. Las estrategias DLIT (Daily Light Integral Tracking) y KPT (Knee-Point Tracking) demuestran que es posible superar el trade-off convencional entre producción energética y agrícola mediante un enfoque científicamente fundamentado que trasciende las limitaciones de los umbrales de sombra estáticos.

1. Síntesis de Hallazgos Clave

El análisis comparativo de las estrategias propuestas revela resultados contundentes sobre la viabilidad técnica de la agrivoltaica inteligente:

• Eficiencia del balance energía-alimentación. La estrategia KPT logra un equilibrio excepcional, limitando las pérdidas de biomasa a aproximadamente el 2 % respecto al seguimiento activo continuo, mientras retiene más del 85 % del rendimiento energético potencial. Esta eficacia se fundamenta en la explotación del punto de saturación fotosintética, recuperando radiación «fotosintéticamente excedente» para conversión eléctrica sin comprometer el crecimiento vegetal.
• Optimización del DLI. La estrategia DLIT demuestra que el cumplimiento de requisitos lumínicos diarios específicos permite preservar aproximadamente el 99 % de la producción energética máxima con una reducción moderada del 10 % en biomasa, evidenciando que las restricciones fisiológicas bien definidas no necesariamente implican sacrificios energéticos severos.
• Diferenciación fisiológica C3/C4. Los resultados subrayan la necesidad de parametrización específica según el metabolismo fotosintético del cultivo. Las especies C4 (maíz, sorgo), con puntos de saturación lumínica más elevados, requieren umbrales de control distintos a las especies C3 (trigo, arroz), lo que implica la necesidad de calibración específica en la implementación comercial.

2. Implicaciones para la Sostenibilidad del NexusAlimentación-Energía-Agua

Los sistemas agrivoltaicos con seguimiento inteligente constituyen una tecnología clave para la seguridad del nexus agua-energía-alimentación (WEF) en el contexto del cambio climático. La investigación demuestra que estos sistemas pueden incrementar la productividad del uso del suelo hasta en un 70 % comparado con usos convencionales separados, generando sinergias que trascienden la mera suma de producciones individuales.

La reducción de la evapotranspiración del cultivo entre 20-30 % mediante sombreado estratégico, combinada con la mitigación del estrés térmico durante olas de calor, posiciona a la agrivoltaica inteligente como una herramienta de adaptación climática de alta eficacia. Durante el verano de 2024, caracterizado por temperaturas excepcionales en Japón (+1.76 °C sobre el promedio histórico), los sistemas agrivoltaicos proporcionaron enfriamiento efectivo de campos de arroz, preservando la calidad del grano que de otro modo habría sido comprometida por estrés térmico.

3. Barreras y Desafíos para la Implementación a Escala

A pesar del potencial técnico demostrado, la adopción masiva de sistemas agrivoltaicos con control fisiológico enfrenta obstáculos significativos que deben abordarse desde una perspectiva multidimensional:

• Barreras económicas y de inversión. Los costos iniciales de los sistemas agrivoltaicos superan significativamente los de instalaciones fotovoltaicas convencionales o agricultura tradicional, debido a la necesidad de infraestructura dual, equipos especializados de seguimiento y sistemas de control avanzados. La falta de modelos económicos robustos para la evaluación de riesgos a gran escala y el acceso limitado a financiamiento para agricultores y pequeños operadores constituyen frenos importantes para la adopción.
• Fragmentación normativa y regulatoria. El análisis del marco político europeo revela una heterogeneidad preocupante: solo 5 de 18 Estados Miembros de la UE cuentan con definiciones legales claras de agrivoltaica, y los requisitos de Evaluación de Impacto Ambiental (EIA) varían ampliamente entre jurisdicciones. La falta de armonización en los esquemas de apoyo y la elegibilidad para la Política Agrícola Común (PAC) limitan el acceso de los agricultores a financiación crítica. Aunque no se requiere un marco legislativo detallado a nivel europeo, sí es necesaria una Directiva que obligue a los Estados Miembros a desarrollar marcos comprehensivos que incluyan definiciones claras, procedimientos de permisos específicos y reducción de cargas administrativas post-instalación.
• Resistencia socio-cultural y aceptación comunitaria. La investigación en dimensiones sociales del desarrollo agrivoltaico ha identificado que la aceptación comunitaria constituye el eslabón crítico entre la adopción del mercado y los factores sociopolíticos. Las preocupaciones sobre la pérdida de identidad agrícola, el impacto paisajístico y la percepción de conflictos de uso del suelo pueden generar oposición local que detenga proyectos técnicamente viables. La evidencia sugiere que los proyectos agrivoltaicos que retienen intereses agrícolas locales y generan beneficios comunitarios tangiblemente percibidos tienen mayor probabilidad de obtener apoyo político y social.
• Complejidad técnica y requerimientos de conocimiento especializado. La implementación de estrategias DLIT y KPT demanda conocimientos integrados de fisiología vegetal, ingeniería de control y meteorología, así como infraestructura de sensórica de alta resolución temporal. La falta de estandarización metodológica dificulta la comparación de resultados entre estudios y la generalización de conclusiones.

4. Perspectivas de Integración Tecnológica y Líneas Futuras de Investigación

La convergencia de agrivoltaica inteligente con tecnologías emergentes abre horizontes prometedores que deben explorarse en investigaciones futuras:

• Inteligencia Artificial y aprendizaje profundo. La aplicación de algoritmos de Deep Q-Learning (DQL) y redes neuronales convolucionales (CNN) para la predicción de condiciones climáticas y optimización proactiva del seguimiento representa la frontera actual. Los sistemas de gemelos digitales (digital twins) permitirían la simulación de escenarios de manejo antes de la implementación física, optimizando la configuración del sistema para condiciones específicas de sitio. La integración de Internet de las Cosas (IoT) para monitoreo de microclima, parámetros edáficos y crecimiento vegetal en tiempo real facilitará la toma de decisiones basada en datos de alta resolución espaciotemporal.
• Materiales fotovoltaicos avanzados. La investigación en tecnologías de perovskita, puntos cuánticos y colectores luminiscentes (LSCs) ofrece potencial para optimizar la selectividad espectral y transparencia de los módulos, permitiendo el diseño de sistemas que transmitan selectivamente las longitudes de onda más eficientes para la fotosíntesis mientras capturan otras para conversión energética.
• Optimización multi-objetivo y sostenibilidad integral. Futuras investigaciones deben expandirse más allá de la optimización dual energía-cultivo para incorporar servicios eco–sistémicos, biodiversidad, impactos paisajísticos y equidad socioeconómica. El desarrollo de «índices agrivoltaicos» que capturen externalidades agroeconómicas, ambientales y sociales permitirá la identificación de sitios óptimos para desarrollo de proyectos considerando acceso a red, características del paisaje y viabilidad agrícola.
• Estandarización y repositorios de datos abiertos. La falta de estandarización metodológica identificada en revisiones recientes, demanda el establecimiento de protocolos de medición armonizados y repositorios de datos abiertos que faciliten la síntesis de evidencia científica y la transferencia de conocimiento entre regiones climáticas distintas.
• Investigación socio-técnica integrada. Es imperativo que las investigaciones futuras trasciendan el enfoque puramente técnico para incorporar dimensiones sociales, económicas y políticas. La agrivoltaica debe comprenderse como un asunto social con componentes técnicos, más que como un asunto técnico con componentes sociales. Estudios de aceptación social, análisis de gobernanza y evaluaciones de justicia energética y alimentaria son esenciales para la escalabilidad sostenible de estas tecnologías.

5. Recomendaciones Políticas y Estratégicas

Para materializar el potencial de las estrategias DLIT y KPT, se recomienda:

• Armonización regulatoria progresiva. La UE debe promover una Directiva que establezca principios generales (definiciones, salvaguardas agrícolas, procedimientos de permisos) permitiendo adaptaciones nacionales a contextos agrícolas específicos, evitando la fragmentación actual que genera barreras de mercado innecesarias.
• Incentivos financieros diferenciados. Los esquemas de apoyo deben reconocer explícitamente los beneficios de sistemas agrivoltaicos de alta calidad agronómica, posiblemente mediante primas por mantenimiento de productividad agrícola o por implementación de controles inteligentes que optimicen el balance energía-alimentación.
• Desarrollo de capital humano. Programas de formación interdisciplinaria que integren conocimientos de agronomía, ingeniería energética y ciencias de datos son esenciales para superar la barrera del conocimiento especializado que limita la adopción de estas tecnologías.
• Participación comunitaria en el diseño. Los proyectos deben incorporar mecanismos de participación de agricultores y comunidades locales desde las fases iniciales de diseño, asegurando que los sistemas respondan a necesidades locales y generen legitimidad social.

Conclusión Final

El estudio de Tekie demuestra fehacientemente que la integración de la fisiología vegetal en el control de sistemas agrivoltaicos no es meramente una posibilidad técnica, sino una necesidad estratégica para maximizar la eficiencia del uso del suelo en un mundo con crecientes presiones sobre los recursos naturales. Las estrategias DLIT y KPT establecen un nuevo estándar de referencia para el diseño de sistemas agrivoltaicos, demostrando que la competencia entre producción de alimentos y energía puede transformarse en sinergia mediante la aplicación de principios científicos rigurosos.

Sin embargo, la realización del potencial de estas tecnologías dependerá críticamente de la capacidad de superar las barreras socio-económicas, regulatorias y de conocimiento que actualmente limitan su adopción. La agrivoltaica inteligente representa una pieza clave del puzzle de la sostenibilidad global, pero su implementación exitosa requiere una visión sistémica que integre innovación tecnológica, políticas públicas coherentes y aceptación social. Solo mediante un enfoque verdaderamente interdisciplinario y transdisciplinario, que dialogue entre ingenieros, agrónomos, científicos sociales, formuladores de políticas y comunidades locales, podrá la agrivoltaica contribuir efectivamente a la seguridad alimentaria y energética de las generaciones futuras.

 

 

Imagen: Agritecture

 

Autor: Marcos Carbonell Alemany

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