Un equipo de investigación de China ha demostrado que los sistemas fotovoltaicos en los techos de establos lecheros no solo generan electricidad limpia, sino que también ayudan a mitigar el estrés térmico en las vacas durante las horas críticas de la tarde. El estudio, publicado en la revista Biosystems Engineering, ofrece evidencia cuantificada para respaldar la toma de decisiones de administradores de granjas, responsables políticos y desarrolladores de energía solar.
¿Cómo funcionan los paneles solares como sistema de enfriamiento pasivo?
Los investigadores desarrollaron una simulación numérica que validaron con un sistema fotovoltaico real instalado en un establo lechero comercial en la provincia de Shandong, China. El establo, de 32 metros de ancho, 372 metros de largo y 4.5 metros de altura en los aleros, cuenta con un techo a dos aguas orientado al sur con una inclinación de 17.17°, construido con láminas de acero perfiladas de una sola capa sin aislamiento.
La instalación se dividió en dos zonas: una sin paneles solares y otra equipada con 1,152 módulos fotovoltaicos con una capacidad total de 299.52 kW. Los módulos se colocaron paralelos a la pendiente del techo, dejando un espacio de aire ventilado de 0.10 metros entre los paneles y la superficie del techo, cubriendo el 60% del área del techo orientada al sur. Las dos zonas albergaban 164 y 316 vacas lecheras, respectivamente.
Mediciones y resultados clave
De junio a septiembre de 2023, los científicos monitorearon temperaturas de bulbo seco interior y exterior, humedad relativa, velocidad del flujo de aire y radiación solar. También midieron las temperaturas de la superficie interior del techo mediante termografía infrarroja y aplicaron el índice de temperatura-humedad (ITH) para evaluar las condiciones de estrés térmico en las vacas.
Los datos se utilizaron para validar un modelo computacional del establo desarrollado en SolidWorks, con errores porcentuales absolutos medios (MAPE) del 4% al 6%. El análisis reveló que los paneles solares redujeron significativamente el flujo de calor del techo durante el día, con un peso de influencia del 57.7% (p < 0.001). La reducción más fuerte ocurrió durante el pico de radiación solar entre las 11:00 y las 13:00 horas, atribuida principalmente al sombreado, la conversión fotovoltaica y el enfriamiento convectivo en la cavidad de aire ventilada debajo de los módulos.
Además, los paneles redujeron las temperaturas interiores durante el día (8.7% de peso de influencia, p < 0.05), logrando una reducción máxima de aproximadamente 2.3 °C durante el período crítico de estrés térmico de la tarde (14:00–16:00 horas).
Implicaciones para la agricultura sostenible
Los hallazgos indican que la integración de sistemas fotovoltaicos en instalaciones ganaderas puede generar beneficios medibles al generar electricidad renovable y mejorar las condiciones térmicas interiores para el bienestar animal en escenarios de estrés por calor. Como señalaron los investigadores: “Esta investigación proporciona evidencia cuantificada para respaldar los procesos de asesoramiento y toma de decisiones para administradores de granjas, responsables políticos agrícolas e integradores de energía solar”.
El estudio, titulado “Rooftop photovoltaic systems can mitigate dairy barn heat stress by suppressing roof heat flux: a temporal analysis”, fue realizado por investigadores de la Universidad Agrícola de China, el Laboratorio Clave de Ingeniería Agrícola en Estructura y Medio Ambiente del Ministerio de Agricultura y Asuntos Rurales de China, la Universidad Agrícola de Shandong y el Centro de Investigación de Ingeniería de Beijing sobre Ambiente Saludable Animal.
