Donde el Sol se encuentra con el Agua: La Energía Solar Flotante

Los sistemas solares fotovoltaicos solares (Solar Flotante) son aquellos que se instalan sobre lagos, reservorios, presas o en el mar (cerca a la costa). Son una de las tecnologías de energía renovable de más rápido crecimiento actualmente: al final de 2014 existía en el mundo una capacidad total cercana a los 10 MW, pero en Setiembre 2018 este número ya había crecido 100x alcanzando 1.1 GW instalados.

El Banco Mundial publicó en meses recientes una serie de reportes denominada “Where Sun meets Water” (“Donde el Sol se encuentra con el Agua”) [1] en el cual proyecta que la energía solar flotante, incluso conservadoramente, podría alcanzar globalmente una capacidad instalada de 400 GW la cual es aproximadamente la capacidad total de energía solar fotovoltaica instalada alrededor del mundo hasta 2017. Esta estimación se basa en la utilización de tan sólo el 1% del área ocupada por reservorios a nivel mundial para instalar sistemas Solares Flotantes.

La Solar Flotante tiene básicamente los mismos componentes que una instalación solar FV convencional con la diferencia de que se requieren sistemas de flotación, amarre (mooring) y anclaje (anchoring) tal como se muestra en el esquema siguiente:

El desarrollo de la Solar Flotante es bastante joven: Las primeras plantas de mediana-gran escala se instalaron en 2013. La primera planta >10 MWp se instaló en 2016 y más recientemente aparecieron las plantas > 100 MWp en 2018. La mayoría de éstas se han instalado en Asia (China, Taiwán, Corea principalmente), donde actualmente está concentrada la gran mayoría de la capacidad instalada mundial (87%). El siguiente gráfico muestra la evolución del tamaño típico de este tipo de proyectos en el tiempo.

VENTAJAS

Entre las principales se destaca la mejor producción eléctrica por el efecto enfriador del agua, menor ensuciamiento por polvo (soiling) y menor posibilidad que existan sombras por infraestructura vecina. En [2] Majid et al. calculó que la ganancia de producción respecto a un sistema solar FV “en tierra” es de 5.93%.

Otra ventaja bastante mencionada es la relacionada a la oportunidad de instalar una planta Solar Flotante en presas hidroeléctricas para aprovechar la infraestructura de interconexión ya existente y además para ayudar a “ahorrar” agua durante las horas de sol con el fin de utilizarla para producir electricidad en horas nocturnas o de mayor demanda.

Existen también ventajas relacionadas a la preservación del agua: al cubrir el depósito de agua con los paneles solares se reduce la evaporación al limitar el efecto evaporativo del viento la cual, en regiones de alta irradiación solar puede llegar a valores tan altos como el 40%. Además, al cubrir el agua e impedir el paso de los rayos solares hacia el fondo se puede disminuir el crecimiento de algas, mejorando la calidad del agua del depósito.

Claramente, existen aún retos técnicos a resolver: los flotadores tienen una garantía de vida útil de 5-10 años, los sistemas de anclaje deben estar preparados para resistir condiciones agresivas de humedad, entre otros. Esto es comprensible ya que la experiencia con proyectos Solares Flotantes de gran escala es de ~7 años y 1.1 GW de capacidad instalada mientras que para los sistemas solares FV en tierra se tienen más de 30 años de experiencia acumulada y una capacidad global > 500 GW.

COSTOS

Los costos de instalación de la Solar Flotante son mayores a los de los sistemas solares FV tradicionales, sin embargo su tarifa de electricidad puede llegar a valores similares a esta última debido a la mayor producción que se puede conseguir debido al enfriamiento brindado por el agua y menor soiling.

En 2018 el costo de instalación estuvo en el rango de USD 0.8–1.2 por Watt pico (Wp). Esto depende de por ejemplo la localización del proyecto, la profundidad del reservorio de agua, las variaciones en la profundidad y el tamaño del sistema.

El conjunto de sistemas auxiliares o Balance de Planta (BOP) para la Solar Flotante consiste básicamente en la estructura de flotación, el sistema de amarre (mooring system) y el sistema de anclaje (anchoring system). Existen diversas soluciones de flotadores para elegir en el mercado, mientras que los sistemas de amarre y anclaje deben ser diseñados ad-hoc para cada Proyecto. Tomando en cuenta estadística de proyectos hemos en en China (de capacidad 5-10 MWp), el BOP representa aproximadamente el 34% de la inversión total en el Proyecto.

RETOS PARA EL DESARROLLO DE LA SOLAR FLOTANTE

A pesar de ser una tecnología que ha probado su viabilidad técnica y comercial, hay varios asuntos sobre los que aún se está trabajando y que será necesario resolver para afianzar la tecnología y permitirle a la Solar Flotante llegar a otras geografías. Algunos de los principales son:

-El proceso de obtención de Permisos para instalar estos sistemas en reservorios tanto de centrales hidroeléctricas como para consumo humano no está generalmente definido lo que representa un riesgo para su factibilidad;

-Incertidumbre acerca de su impacto ambiental (degradación de los flotadores y los sistemas de anclaje que podrían contaminar el agua);

-Complejidad técnica de los sistemas (diseñados ad-hoc por cada Proyecto);

-Complejidades técnicas asociadas a operar un sistema eléctrico sobre el agua (seguridad, problemas asociados al amarre y anclaje)

Referencias:

[1] World Bank Group, ESMAP and SERIS. 2019. Where Sun Meets Water: Floating Solar Market Report. Washington, DC: World Bank.

[2] Majid et al. 2014. Study on performance of 80 Watt Floating Photovoltaic. International Islamic University of Malaysia, Malaysia.