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À medida que o número de grandes instalações de painéis solares terrestres em larga escala cresce, as preocupações sobre seus impactos nos processos hidrológicos naturais também crescem. No entanto, um novo estudo de pesquisadores da Penn State sugere que o excesso de escoamento ou o aumento da erosão podem ser facilmente mitigados — se essas “fazendas solares” forem construídas corretamente.
Os painéis solares são impermeáveis à água, e vastas matrizes deles, temia-se, poderiam aumentar o volume e a velocidade do escoamento de águas pluviais, semelhante ao concreto e asfalto. Mas após conduzir uma investigação de campo de um ano sobre padrões de umidade do solo, radiação solar e vegetação em duas fazendas solares na Pensilvânia central — construídas em encostas representativas do nordeste dos EUA — os pesquisadores concluíram que tais instalações não devem apresentar implicações negativas para o gerenciamento de águas pluviais.
Em descobertas recentemente publicadas em Revista de Hidrologiaa equipe relatou que vegetação saudável e solos bem drenados podem ajudar a controlar o escoamento em fazendas solares e, quando necessário, em paisagens mais desafiadoras, controles de águas pluviais projetados podem controlar qualquer escoamento não mitigado.
“Estávamos especialmente interessados no movimento de águas pluviais em fazendas solares em terrenos complexos e encostas íngremes”, disse Lauren McPhillips, professora assistente em engenharia civil e ambiental, cujo grupo de pesquisa conduziu o estudo. “Há muita preocupação de que a energia solar esteja consumindo terras agrícolas de primeira qualidade com solos bem drenados e bem planos. Desses locais, você tem preocupações mínimas com escoamento. Estamos interessados em facilitar o uso de terras marginais mais desafiadoras para fazendas solares.”
No estudo, o pesquisador líder Rouhangiz “Nasim” Yavari, candidato a doutorado no Programa de Engenharia de Recursos Hídricos no Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, analisou os padrões de umidade do solo nas fazendas solares. Eles revelaram a redistribuição de água em relação aos painéis solares, com a umidade do solo sob as linhas de gotejamento — solo diretamente abaixo da borda inferior dos painéis de onde a precipitação cai — 19% maior do que a terra próxima, e a umidade no solo sob os painéis 25% menor do que a terra próxima, em média, em ambas as fazendas solares ao longo de um ano.
Os pesquisadores notaram que houve períodos de saturação e geração de escoamento localizado nas linhas de gotejamento do painel durante eventos de precipitação pesada. No entanto, um espaço aberto entre as fileiras de painéis e as bacias de infiltração e trincheiras existentes em ambas as fazendas solares controlavam o escoamento.
Monitoramento micrometeorológico — avaliando os processos climáticos e de tempo em pequena escala que afetam coisas como agricultura, silvicultura e o ambiente natural — indicou evapotranspiração reduzida, ou o processo pelo qual a água é transferida da terra para a atmosfera, sob os painéis. Eles também descobriram que a evapotranspiração potencial sob o painel era de 37% a 67% menor no verão, com uma diferença mínima no inverno.
Um levantamento da vegetação revelou que ambas as fazendas solares no estudo tinham cobertura quase completa do solo sob os painéis, o que é essencial para apoiar a infiltração e reduzir a erosão, observou McPhillips, que também é membro do corpo docente do Departamento de Engenharia Agrícola e Biológica da Faculdade de Ciências Agrárias.
Esta pesquisa é a primeira avaliação de práticas estruturais de gerenciamento de águas pluviais em fazendas solares, e fornece novos insights sobre os fenômenos hidrológicos das instalações por meio de medições de campo em primeira mão, destacou McPhillips. O estudo fornece algumas das primeiras interpretações de saturação e potencial de escoamento em fazendas solares, em particular em paisagens íngremes e complexas.
“Embora nossas observações documentem alterações claras em padrões hidrológicos naturais, elas também demonstram que espaços vegetados de tamanho adequado entre fileiras de painéis solares e, em alguns casos, gerenciamento estrutural de águas pluviais podem gerenciar essas mudanças”, disse ela. “Esses tipos de insights, juntamente com a investigação de como o gerenciamento de terras em fazendas solares pode afetar outros serviços ecossistêmicos, podem nos permitir facilitar essa transição crítica para energia renovável com impacto mínimo no ecossistema.”
A pesquisa em andamento, acrescentou McPhillips, está se concentrando na modelagem computacional desses locais de pesquisa para informar o design apropriado de práticas de gerenciamento de águas pluviais em fazendas solares.
Cibin Raj, professor associado de engenharia agrícola e biológica; Jonathan Duncan, professor associado de hidrologia; Margaret Hoffman, professora assistente de contratação de paisagens; e os pesquisadores de graduação Demetrius Zaliwciw, Katherine Chu e Austin Gaydos contribuíram para a pesquisa
Esta pesquisa foi apoiada pelo US Geological Survey por meio do Pennsylvania Water Resources Research Center e do National Institute of Food and Agriculture do US Department of Agriculture. Além disso, a pesquisa recebeu financiamento especial do Strategic Networks and Initiatives Program e do Science to Practice Grants do College of Agricultural Sciences.
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