Sistemas de paneles de células solares instalados sobre una estructura que flota sobre una masa de agua.
La energía solar flotante o fotovoltaica flotante (FPV), a veces denominada flotatovoltaica , son paneles solares montados sobre una estructura que flota sobre una masa de agua, normalmente un embalse o un lago, como depósitos de agua potable, lagos de cantera, canales de riego o estanques de remediación y relaves. . Existe un número creciente de sistemas de este tipo en China , Francia , Indonesia , India , Japón , Corea del Sur , el Reino Unido , Singapur , Tailandia y Estados Unidos . [1] [2] [3] [4] [5]
La energía solar flotante es un tipo de energía " solar marina " que también incluye cimientos de fondo fijo. [6] [7]
Los sistemas pueden tener ventajas sobre la energía fotovoltaica (PV) en tierra. Las superficies de agua pueden ser menos costosas que el costo del terreno, y existen menos reglas y regulaciones para las estructuras construidas en cuerpos de agua que no se utilizan para recreación. El análisis del ciclo de vida indica que los FPV basados en espuma [8] tienen algunos de los tiempos de recuperación de energía más bajos (1,3 años) y la relación más baja entre emisiones de gases de efecto invernadero y energía (11 kg CO 2 eq/MWh) en las tecnologías solares fotovoltaicas de silicio cristalino reportadas. [9]
Los paneles flotantes pueden lograr mayores eficiencias que los paneles fotovoltaicos en tierra porque el agua enfría los paneles. Los paneles pueden tener un revestimiento especial para evitar la oxidación o la corrosión. [10]
El mercado de esta tecnología de energía renovable ha crecido rápidamente desde 2016. Las primeras 20 plantas con capacidades de unas pocas docenas de kWp se construyeron entre 2007 y 2013. [11] La potencia instalada creció de 3 GW en 2020 a 13 GW en 2022, [ 12] superando una predicción de 10 GW para 2025. [13] El Banco Mundial estimó que hay 6.600 grandes masas de agua aptas para energía solar flotante, con una capacidad técnica de más de 4.000 GW si el 10% de sus superficies estuvieran cubiertas con paneles solares. [12]
Los costes de un sistema flotante son entre un 10 y un 20 % más elevados que los de los sistemas montados en el suelo. [14] [15] Según un investigador del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL), este aumento se debe principalmente a la necesidad de sistemas de anclaje para asegurar los paneles al agua, lo que contribuye a encarecer las instalaciones solares flotantes alrededor de un 25%. que los de tierra. [dieciséis]
Historia
Los ciudadanos estadounidenses, daneses, franceses, italianos y japoneses fueron los primeros en registrar patentes para energía solar flotante. En Italia, la primera patente registrada sobre módulos fotovoltaicos sobre agua se remonta a febrero de 2008. [18]
En mayo de 2008, la bodega Far Niente en Oakville, California, instaló 994 módulos solares fotovoltaicos con una capacidad total de 175 kW en 130 pontones y los hizo flotar en el estanque de riego de la bodega. [11] [20] Durante los siguientes siete años se construyeron varias granjas fotovoltaicas flotantes a pequeña escala. La primera planta a escala de megavatios se puso en funcionamiento en julio de 2013 en Okegawa , Japón .
En 2016, Kyocera desarrolló lo que entonces era el parque más grande del mundo, una granja de 13,4 MW en el embalse sobre la presa de Yamakura en la prefectura de Chiba [21] utilizando 50.000 paneles solares. [22] [23] La planta de Huainan , inaugurada en mayo de 2017 en China, ocupa más de800.000 m 2 en un antiguo lago de cantera, capaz de producir hasta40 megavatios . [24]
También se están construyendo granjas flotantes resistentes al agua salada para uso en el océano. [25]
Los paneles solares flotantes están ganando popularidad, en particular en países donde las legislaciones sobre ocupación de tierras y impacto ambiental están obstaculizando el aumento de las capacidades de generación de energía renovable.
La capacidad instalada mundial superó 1 GW en 2018 y alcanzó los 13 GW en 2022, principalmente en Asia. [12] Un desarrollador de proyectos, Baywa re, informó de otros 28 GW de proyectos planificados. [12]
Ventajas
Hay varias razones para este desarrollo:
Sin ocupación de terreno : La principal ventaja de las plantas fotovoltaicas flotantes es que no ocupan terreno, excepto las limitadas superficies necesarias para el gabinete eléctrico y las conexiones a la red. Su precio es comparable al de las plantas terrestres, pero la flotatovoltaica proporciona una buena manera de evitar el consumo de tierra . [26]
Instalación, desmantelamiento y mantenimiento : Las plantas fotovoltaicas flotantes son más compactas que las terrestres, su gestión es más sencilla y su construcción y desmantelamiento sencillos. El punto principal es que no existen estructuras fijas como las cimentaciones utilizadas en una planta terrestre por lo que su instalación puede ser totalmente reversible. Además, los paneles instalados en depósitos de agua requieren menos mantenimiento, especialmente en comparación con la instalación en suelos con suelo polvoriento. Como los paneles se ensamblan en un único punto de la costa antes de trasladarlos a su lugar, las instalaciones pueden ser más rápidas que los paneles montados en el suelo. [12]
Conservación y calidad del agua: la cobertura parcial de las cuencas hidrográficas puede reducir la evaporación del agua. [27] Este resultado depende de las condiciones climáticas y del porcentaje de superficie cubierta. En climas áridos como en algunas partes de la India, esto es una ventaja importante ya que se ahorra aproximadamente el 30% de la evaporación de la superficie cubierta. [28] Esto puede ser mayor en Australia y es una característica muy útil si la cuenca se utiliza con fines de riego. [29] [30] La conservación del agua gracias al FPV es sustancial y puede utilizarse para proteger los lagos naturales terminales que están desapareciendo [31] y otros cuerpos de agua dulce. [32]
Aumento de la eficiencia de los paneles debido a la refrigeración: el efecto de refrigeración del agua cerca de los paneles fotovoltaicos conduce a una ganancia de energía que oscila entre el 5% y el 15%. [8] [33] [34] [35] La refrigeración natural se puede aumentar mediante una capa de agua sobre los módulos fotovoltaicos o sumergiéndolos, el llamado SP2 (Panel Solar Fotovoltaico Sumergido). [36]
Seguimiento: las grandes plataformas flotantes se pueden girar fácilmente horizontal y verticalmente para permitir el seguimiento del sol (similar a los girasoles). Los paneles solares móviles utilizan poca energía y no necesitan aparatos mecánicos complejos como las plantas fotovoltaicas terrestres. Equipar una planta fotovoltaica flotante con un sistema de seguimiento cuesta poco más y el beneficio energético puede oscilar entre el 15% y el 25%. [37]
Control ambiental: La proliferación de algas , un problema grave en los países industrializados, puede reducirse cuando se cubre más del 40% de la superficie. [38] La cobertura de las cuencas hidrográficas reduce la luz justo debajo de la superficie, lo que reduce la fotosíntesis y el crecimiento de las algas. El control activo de la contaminación sigue siendo importante para la gestión del agua. [39]
Aprovechamiento de zonas ya explotadas por la actividad humana : Las plantas solares flotantes pueden instalarse sobre cuencas de agua creadas artificialmente, como minas inundadas [40] o centrales hidroeléctricas. De esta manera es posible explotar áreas ya influenciadas por la actividad humana para aumentar el impacto y el rendimiento de un área determinada en lugar de utilizar otras tierras.
Hibridación con centrales hidroeléctricas :La energía solar flotante a menudo se instala en energía hidroeléctrica existente . [41] Esto permite beneficios adicionales y reducciones de costos, como el uso de las líneas de transmisión y la infraestructura de distribución existentes. [42] El FPV proporciona un medio potencialmente rentable para reducir la evaporación del agua en las masas de agua dulce en riesgo del mundo. Además, es posible instalar paneles fotovoltaicos flotantes en los depósitos de agua de las centrales hidroeléctricas de almacenamiento por bombeo . La hibridación de la energía solar fotovoltaica con el almacenamiento por bombeo es beneficiosa para aumentar la capacidad de las dos plantas combinadas porque la planta hidroeléctrica por bombeo se puede utilizar para almacenar la alta pero inestable cantidad de electricidad proveniente de la energía solar fotovoltaica, haciendo que la cuenca de agua actúe como una batería. para la planta solar fotovoltaica. [43] Por ejemplo, un estudio de caso del lago Mead encontró que si el 10% del lago estuviera cubierto con FPV, se conservaría suficiente agua y se generaría electricidad para dar servicio a Las Vegas y Reno combinados. [32] Con una cobertura del 50%, el FPV proporcionaría más de 127 TWh de electricidad solar limpia y 633,22 millones de m 3 de ahorro de agua, lo que proporcionaría electricidad suficiente para retirar el 11% de las plantas contaminantes alimentadas con carbón en los EE. UU. y proporcionar agua para más de cinco millones de estadounidenses al año. [32]
Desventajas
La energía solar flotante presenta varios desafíos para los diseñadores: [44] [45] [46] [47]
Seguridad eléctrica y confiabilidad a largo plazo de los componentes del sistema : al funcionar con agua durante toda su vida útil, se requiere que el sistema tenga una resistencia a la corrosión significativamente mayor y capacidades de flotación a largo plazo (flotadores redundantes, resistentes y distribuidos), particularmente cuando se instala sobre sal. agua.
Olas : El sistema fotovoltaico flotante (cables, conexiones físicas, flotadores, paneles) debe poder soportar vientos relativamente más fuertes (que en tierra) y olas fuertes, particularmente en instalaciones marinas o cercanas a la costa.
Complejidad del mantenimiento : Las actividades de operación y mantenimiento son, por regla general, más difíciles de realizar en el agua que en tierra.
Complejidad de la tecnología flotante: los paneles fotovoltaicos flotantes deben instalarse sobre plataformas flotantes como pontones o peras flotantes. Esta tecnología no se desarrolló inicialmente para alojar módulos solares, por lo que es necesario diseñarla específicamente para ese fin.
Complejidad de la tecnología de anclaje : El anclaje de los paneles flotantes es fundamental para evitar variaciones bruscas de posición de los paneles que dificultarían la producción. La tecnología de anclaje es bien conocida y establecida cuando se aplica a barcos u otros objetos flotantes, pero debe adaptarse al uso con energía fotovoltaica flotante. Las tormentas severas recientes han provocado fallas en los sistemas flotantes y los sistemas de anclaje deben desarrollarse teniendo en cuenta estos riesgos. [48]
Las mayores instalaciones solares flotantes
Solar submarino
Además del FPV convencional, también hay una serie de estudios que han analizado los sistemas FPV submarinos llamados PV sumergidos. [75] Debido a las pérdidas causadas por el flujo solar que es absorbido por el agua, los sistemas fotovoltaicos submarinos tienden a recomendarse para aplicaciones de baja potencia como la detección. [76] Los límites de eficiencia para las células solares de silicio cristalino convencionales indican que los materiales fotovoltaicos con mayor banda prohibida serían más apropiados para la energía fotovoltaica sumergida. [77] Aunque la intensidad de la luz bajo el agua disminuye con el aumento de la profundidad, la tasa de disminución en la producción de energía tanto para las células solares sensibilizadas por colorante (DSSC) como para las células solares de película delgada basadas en silicio amorfo superan a las fotovoltaicas de silicio monocristalino y policristalino tradicionales convencionales. en más del 20-25%. [78] Las aplicaciones incluyen: [76]
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Otras lecturas
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