Cómo las granjas solares influyen en el clima y la vegetación locales en las regiones áridas

Investigadores de la Academia China de Ciencias (CAS) han investigado el efecto de isla fría (CIE) inducido por plantas fotovoltaicas en regiones áridas y han descubierto que influye significativamente en la vegetación circundante, y que la dirección y magnitud de su impacto se rigen por el contexto geográfico y los factores estacionales.

CIE se refiere a una condición en la que un área específica es más fría que su entorno debido a diferencias en las propiedades de la superficie y el equilibrio energético. En las plantas fotovoltaicas, esto puede ocurrir debido al sombreado de los paneles, la reducción de la absorción solar-a nivel del suelo, la conversión de la luz solar en electricidad y una mayor disipación de calor por convección.

"Analizamos ocho plantas fotovoltaicas en las regiones áridas de China utilizando la temperatura de la superficie terrestre Landsat-8, el índice de vegetación de diferencia normalizada del núcleo, el análisis de amortiguación y el modelado de ecuaciones estructurales de mínimos cuadrados parciales (PLS-SEM)", explicó el grupo. "Para este estudio se seleccionaron ocho plantas de energía fotovoltaica, situadas en las regiones áridas de China, concretamente en Xinjiang, Mongolia Interior, Gansu y Qinghai".

Los científicos utilizaron datos de temperatura de la superficie terrestre (LST) de 2022, derivados de imágenes estacionales capturadas por el Landsat 8. Estos conjuntos de datos LST se utilizaron para cuantificar el efecto de isla fría inducido por las plantas fotovoltaicas (PV) a través de dos métricas clave: intensidad de enfriamiento (XD), definida como la diferencia de temperatura entre el área de la planta fotovoltaica y su entorno circundante, y la distancia de enfriamiento (Dist), que describe hasta qué punto se extiende la influencia de enfriamiento hacia afuera de la instalación.

Además, se utilizaron los mismos datos de teledetección para calcular índices de vegetación, en particular el índice de vegetación de diferencia normalizada kernel-(kNDVI), para evaluar las respuestas de la vegetación tanto dentro de la zona enfriada como en áreas adyacentes más allá de su influencia. Esto permitió a los investigadores evaluar no sólo la extensión espacial del efecto de enfriamiento sino también su impacto ecológico en la dinámica de crecimiento de las plantas en diferentes zonas.

Los resultados mostraron que la intensidad de enfriamiento (XD) alcanzó su valor más alto de 3,1 C en verano en la ciudad de Wuzhong (WZ), mientras que el valor más bajo de 0,02 C se observó en otoño en la ciudad de Hongshagang, condado de Minqin, provincia de Gansu (HSG). Además, el efecto isla fría (CIE) no estuvo presente en ciertas estaciones en varios sitios, incluido Urad Banner (WLTQ) en primavera, Huanghuatan Town (HHT) en otoño y Hami (HM) en invierno.

Además, los resultados indicaron que el verano generalmente exhibió valores elevados de XD, incluidos 2,1 C en Dalad Banner (DLT) y un pico de 3,1 C en la ciudad de Wuzhong. Por el contrario, las condiciones invernales mostraron una mayor variabilidad espacial: el condado de Gonghe (GH) registró una XD relativamente alta de 2,6 C, mientras que la ciudad de Huanghuatan y Dalad Banner se mantuvieron considerablemente más bajas, con 0,31 C y 0,9 C, respectivamente.

En las ocho ubicaciones del estudio, se encontró que la distancia de enfriamiento varía sustancialmente, desde 120 m hasta 540 m, lo que resalta grandes diferencias específicas del sitio-en la extensión espacial del efecto isla fría.

El modelado de ecuaciones estructurales de mínimos cuadrados parciales (PLS-SEM) reveló además que la complejidad morfológica es el factor dominante del efecto de enfriamiento, mientras que el mayor tamaño de la planta fotovoltaica ejerce una fuerte influencia supresora. También se encontró que las condiciones climáticas contribuyeron positivamente, aunque en menor medida. En conjunto, estos factores explicaron aproximadamente el 63% de la variación observada en la intensidad y extensión del enfriamiento.

El análisis sugirió además que las respuestas de la vegetación son muy heterogéneas entre sitios y estaciones, dependiendo tanto de las condiciones climáticas locales como de la fuerza del efecto de enfriamiento.

"Propusimos un marco 'PV CIE-respuesta de la vegetación' geográficamente diferenciado. Las plantas de mediana-escala, descentralizadas y con una complejidad de forma superior son preferibles en regiones relativamente secas y cálidas", concluyeron los académicos. "Sin embargo, en áreas frías y de gran-altitud, ajustar la inclinación y reducir la densidad de los paneles puede mitigar los riesgos para la vegetación".

Sus hallazgos aparecieron en "Cuantificación del efecto de isla fría inducida por plantas de energía fotovoltaica y la respuesta de la vegetación en regiones áridas", publicado en Indicadores Ecológicos. Investigadores de la Academia de Ciencias de China, la Corporación de Energía Huadian Gansu de China, la Corporación de Ingeniería PowerChina Beijing y la Universidad de Reading del Reino Unido han contribuido al estudio.