Sistemas de paneles de células solares instalados sobre una estructura que flota sobre un cuerpo de agua
Fotovoltaica flotante en un estanque de riego
La energía solar flotante o fotovoltaica flotante (FPV), a veces llamada floatovoltaica , son paneles solares montados en una estructura que flota en un cuerpo de agua, típicamente un embalse o un lago como embalses de agua potable, lagos de canteras, canales de irrigación o estanques de remediación y relaves. [1] [2] [3] [4] [5]
Los sistemas pueden tener ventajas sobre la energía fotovoltaica (FV) en tierra. Las superficies de agua pueden ser menos costosas que el costo de la tierra, y hay 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 el FPV basado en espuma [6] tiene algunos de los tiempos de recuperación de energía más cortos (1,3 años) y la relación más baja de emisiones de gases de efecto invernadero a energía (11 kg de CO 2 eq/MWh) en las tecnologías solares fotovoltaicas de silicio cristalino registradas. [7]
Los paneles flotantes pueden lograr una mayor eficiencia que los paneles fotovoltaicos en tierra porque el agua los enfría. Los paneles pueden tener un revestimiento especial para evitar la oxidación o la corrosión. [8]
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. [9] La potencia instalada creció de 3 GW en 2020 a 13 GW en 2022, [10] superando una predicción de 10 GW para 2025. [11] El Banco Mundial estimó que hay 6.600 grandes masas de agua aptas para la energía solar flotante, con una capacidad técnica de más de 4.000 GW si el 10% de sus superficies estuvieran cubiertas con paneles solares. [10]
Los costes de un sistema flotante son entre un 10 y un 20% más elevados que los de los sistemas montados en tierra. [12] [13] [14] 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 en el agua, lo que contribuye a que las instalaciones solares flotantes sean aproximadamente un 25% más caras que las de tierra. [15]
Historia
La producción de energía a partir de fuentes solares fotovoltaicas flotantes se expandió drásticamente en la segunda mitad de la década de 2010 y se prevé que crezca exponencialmente a principios de la década de 2020. [16]
Los primeros en registrar patentes para paneles solares flotantes fueron ciudadanos estadounidenses, daneses, franceses, italianos y japoneses . En Italia, la primera patente registrada para módulos fotovoltaicos sobre agua data de febrero de 2008. [17]
En mayo de 2008, la bodega Far Niente Winery 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. [9] [19] 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 solar más grande del mundo, un parque de 13,4 MW en el embalse sobre la presa Yamakura en la prefectura de Chiba [20] utilizando 50.000 paneles solares. [21] [22] La planta de Huainan , inaugurada en mayo de 2017 en China, ocupa más de800.000 m2 en un antiguo lago de cantera , capaz de producir hasta40 MW . [23]
También se están construyendo granjas flotantes resistentes al agua salada para su uso en el océano. [24]
Los paneles solares flotantes están ganando popularidad, en particular en países donde las legislaciones sobre ocupación del suelo e 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. [10] Un desarrollador de proyectos, Baywa re, informó otros 28 GW de proyectos planificados. [10]
Instalación
El proceso de construcción de un proyecto solar flotante incluye la instalación de anclas y líneas de amarre que se sujetan al lecho acuático o la orilla, el ensamblaje de flotadores y paneles en filas y secciones en tierra y luego el arrastre de las secciones en barco hasta las líneas de amarre y su fijación en su lugar. [14]
Ventajas
Hay varias razones para esta evolución:
Sin ocupación de terreno : la principal ventaja de las plantas fotovoltaicas flotantes es que no ocupan terreno, salvo las superficies limitadas necesarias para el cuadro eléctrico y las conexiones a la red. Su precio es comparable al de las plantas terrestres, pero la energía fotovoltaica flotante es una buena manera de evitar el consumo de tierra . [25]
Instalación, desmantelamiento y mantenimiento : Las plantas fotovoltaicas flotantes son más compactas que las plantas terrestres, su gestión es más sencilla y su construcción y desmantelamiento son sencillos. El punto principal es que no existen estructuras fijas como las cimentaciones utilizadas para una planta terrestre, por lo que su instalación puede ser totalmente reversible. Además, los paneles instalados en depósitos de agua requieren menos mantenimiento, en particular en comparación con la instalación en tierra con suelo polvoriento. Como los paneles se ensamblan en un solo punto de la costa antes de ser trasladados a su lugar, las instalaciones pueden ser más rápidas que las de los paneles montados en el suelo. [10]
Conservación y calidad del agua: La cobertura parcial de las cuencas hidrográficas puede reducir la evaporación del agua. [26] Este resultado depende de las condiciones climáticas y del porcentaje de la superficie cubierta. En climas áridos, como en algunas partes de la India, esto es una ventaja importante, ya que se ahorra alrededor del 30% de la evaporación de la superficie cubierta. [27] Esto puede ser mayor en Australia y es una característica muy útil si la cuenca se utiliza para fines de riego. [28] [29] La conservación del agua mediante FPV es sustancial y se puede utilizar para proteger lagos naturales terminales que están desapareciendo [30] y otros cuerpos de agua dulce. [31]
Mayor eficiencia de los paneles gracias al enfriamiento: el efecto de enfriamiento del agua cerca de los paneles fotovoltaicos produce una ganancia energética que oscila entre el 5% y el 15%. [6] [32] [33] [34] El enfriamiento natural se puede aumentar mediante una capa de agua sobre los módulos fotovoltaicos o sumergiéndolos, el llamado SP2 (panel solar fotovoltaico sumergido). [35]
Seguimiento: Las grandes plataformas flotantes se pueden rotar fácilmente en sentido horizontal y vertical para permitir el seguimiento del sol (similar a los girasoles). El movimiento de los paneles solares consume poca energía y no necesita un aparato mecánico complejo como las plantas fotovoltaicas terrestres. Equipar una planta fotovoltaica flotante con un sistema de seguimiento cuesta poco más y la ganancia de energía puede oscilar entre el 15% y el 25%. [36]
Control ambiental: Las floraciones de algas , un problema grave en los países industrializados, pueden reducirse cuando más del 40% de la superficie está cubierta. [37] 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. [38]
Aprovechamiento de zonas ya explotadas por la actividad humana : Las plantas solares flotantes pueden instalarse sobre cuencas hidrográficas creadas artificialmente, como pozos mineros inundados [39] o plantas de energía hidroeléctrica. De esta manera es posible explotar áreas ya influenciadas por la actividad humana para aumentar el impacto y el rendimiento de una zona determinada en lugar de utilizar otras tierras.
Hibridación con centrales hidroeléctricas :A : Sol. B : Paneles solares flotantes. C : Inversor. D : Armario de conexión eléctrica. E : Red eléctrica. F : Toma de agua. G : Canal de agua bombeada. H : Cuerpo de bomba/turbina. I : Descarga.La energía solar flotante se instala a menudo en centrales hidroeléctricas existentes . [40] Esto permite obtener beneficios adicionales y reducir costos, como el uso de las líneas de transmisión y la infraestructura de distribución existentes. [41] La FPV proporciona un medio potencialmente rentable de reducir la evaporación de agua en los cuerpos de agua dulce en riesgo del mundo. Además, es posible instalar paneles fotovoltaicos flotantes en las cuencas 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 bombeada se puede utilizar para almacenar la cantidad alta pero inestable de electricidad procedente de la energía solar fotovoltaica, lo que hace que la cuenca de agua actúe como una batería para la planta solar fotovoltaica. [42] Por ejemplo, un estudio de caso del lago Mead descubrió que si el 10% del lago estuviera cubierto con FPV, se conservaría suficiente agua y se generaría electricidad para abastecer a Las Vegas y Reno juntas. [31] Con una cobertura del 50%, el FPV proporcionaría más de 127 TWh de electricidad solar limpia y un ahorro de agua de 633,22 millones de m3 , lo que proporcionaría suficiente electricidad para retirar el 11% de las plantas de carbón contaminantes de los EE. UU. y proporcionar agua a más de cinco millones de estadounidenses anualmente. [31]
Desventajas
La energía solar flotante presenta varios desafíos para los diseñadores: [43] [44] [45] [46]
Seguridad eléctrica y confiabilidad a largo plazo de los componentes del sistema : al operar en agua durante toda su vida útil, el sistema debe tener una resistencia a la corrosión significativamente mayor y capacidades de flotación a largo plazo (flotadores redundantes, resilientes y distribuidos), particularmente cuando se instala sobre agua salada.
Olas : El sistema fotovoltaico flotante (cables, conexiones físicas, flotadores, paneles) debe ser capaz de 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 fue desarrollada inicialmente para alojar módulos solares, por lo que debe diseñarse específicamente para ese fin.
Complejidad de la tecnología de anclaje : el anclaje de los paneles flotantes es fundamental para evitar variaciones bruscas de la posición de los paneles que podrían dificultar 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 paneles fotovoltaicos flotantes. Las tormentas severas han provocado fallas en los sistemas flotantes y los sistemas de anclaje deben desarrollarse teniendo en cuenta estos riesgos. [47]
Conflictos de uso social: cubrir masas de agua con paneles flotantes puede interferir con los usos sociales. Por ejemplo, cubrir embalses utilizados para la pesca podría perjudicar a las poblaciones locales que dependen de esa pesca. El impacto en el paisaje de los paneles flotantes puede reducir los precios de las propiedades, lo que provocaría la oposición de los propietarios de tierras cercanas. [48]
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Lectura adicional
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