Instalaciones de sistemas solares flotantes

*En colaboración con Mauro da Rosa Sirtoli

La energía solar se ha configurado tradicionalmente para instalarse en grandes extensiones de terreno o en tejados de edificios.

Desde 2010, nuevos espacios se han convertido en una opción sólida a la hora de instalar paneles solares: el agua. Recientemente se ha considerado que los estanques, lagos y embalses son lugares adecuados para instalar plantas de energía solar, especialmente en países donde la tierra es un recurso escaso.

Las plantas solares flotantes son interesantes en lugares donde la alta densidad de población puede hacer que el coste de un terreno sea extremadamente alto o cuando no hay un terreno adecuado para una instalación de tipo tradicional.

Las instalaciones flotantes suelen consistir en un conjunto de paneles solares montados sobre una estructura metálica de inclinación fija que se monta sobre balsas flotantes que se colocan sobre superficies de agua dulce o salada.

Estas plataformas flotantes se pueden anclar al fondo de embalses, lagos o directamente a la orilla más cercana. Estos anclajes permiten fijar la planta flotante en una ubicación determinada, permitiendo suficiente flexibilidad y juego para ajustar su posición con el movimiento del agua, olas o mareas.

La corriente continua de los paneles generalmente se transporta a través de cables submarinos hasta la costa más cercana donde se encuentran los inversores (aplicable a configuraciones de inversores centrales). Si la planta solar flotante utiliza inversores string, estos se ubicarán cerca de los strings, sobre la estructura flotante.

Después de los inversores, la corriente pasa a través del transformador, que normalmente es un elevador de tensión. Finalmente, mediante una línea de transmisión o distribución, la energía se inyecta a la red o alimentará directamente a un centro de consumo (cargas).

Las plantas solares flotantes tienen algunas ventajas sobre las montadas en suelo, tales como:

• Utilizan infraestructuras de transmisión existentes cuando se instalan cerca de centrales hidroeléctricas;
• Presentan mejores prestaciones por el efecto refrescante del agua y menor impacto de la suciedad en los paneles;
• Se pueden utilizar cerca de centros de demanda y, como se mencionó anteriormente, en áreas que normalmente estarían inactivas;
• Presentan una buena relación calidad-precio. Las ventajas en rendimiento pueden variar en función de varios factores, pero según lo estudiado hasta ahora, estas ventajas compensan el incremento de gastos (CAPEX) de este tipo de instalaciones solares;
• Reducen la evaporación del agua de los embalses, lo que resulta especialmente interesante en zonas donde el agua se utiliza para la agricultura, el suministro de agua a la población civil o cualquier caso donde el agua dulce sea un recurso limitado;
• Gastos reducidos o nulos en obras civiles y movimiento de tierras, que en algunos casos pueden tener un impacto ambiental importante.

Crecimiento del mercado de plantas flotantes

Con el rápido crecimiento de la industria fotovoltaica en general, han surgido nuevas aplicaciones. Las instalaciones flotantes comenzaron a instalarse a principios de 2008 con algunos proyectos piloto, pero no cobraron relevancia hasta 2016, cuando la capacidad instalada anual superó los 100 MWp en todo el mundo.

Hoy en día, las instalaciones flotantes siguen surgiendo frente a la solar fotovoltaica montada en suelo, pero su crecimiento es exponencial apalancado principalmente con la continua disminución de costes de los paneles solares, inversores y resto de BOS (equilibrio del sistema).

A finales de 1 y principios de 2013 comenzaron a instalarse instalaciones flotantes de más de 2014 MWp, especialmente en Japón y Corea, donde el suelo es un activo valioso para el desarrollo inmobiliario.

Las plantas solares de mayor tamaño (más de 50 MWp) se hicieron realidad en China a principios de 2018 y actualmente son líderes no sólo en plantas solares terrestres, sino también en instalaciones flotantes.

La mayoría de las instalaciones realizadas y en desarrollo son en agua dulce, debido principalmente a la facilidad de instalación y al menor número de complicaciones técnicas respecto a las ubicaciones en agua salada (corrosión, fuerzas dinámicas sobre las estructuras, condiciones ambientales, etc.).

Aunque las plantas solares flotantes en el mar o en zonas costeras/marinas plantean complejidades adicionales, se están volviendo más populares, particularmente en territorios insulares donde las tierras del interior no pueden o no son deseables para ser utilizadas con fines solares.

Los desafíos clave para la energía fotovoltaica flotante costera o marina incluyen, entre otros:

• Mayor carga dinámica en los ferries flotantes debido principalmente al oleaje, mareas y vientos. Necesidad de construcciones más resistentes y capaces de soportar estas cargas durante largos periodos de tiempo (la vida útil de las plantas solares suele rondar los 20 años);
• El anclaje de dispositivos flotantes/balsas también requiere mayores requisitos en términos de resistencia mecánica y dinámica. Puede haber dificultades adicionales cuando las anclas necesitan estar bajo el agua a cierta profundidad;
• La niebla salina está presente en el aire, creando un ambiente agresivo de corrosión que afecta la durabilidad de todos los componentes de la planta solar, en particular las piezas metálicas;
• Interacción entre animales y organismos marinos que pueden interferir con la funcionalidad de todo el sistema;
• Los costos de operación y mantenimiento tienden a ser más altos en aplicaciones marinas que en aplicaciones de agua dulce, principalmente debido a la mayor tasa de fallas en ambientes salados y la necesidad de más actividades de mantenimiento preventivo;
• Las mayores incertidumbres de las aplicaciones marinas flotantes son los costos a largo plazo, el rendimiento del sitio y la durabilidad de los materiales y componentes.

En términos de política y regulación especial, es importante mencionar que las plantas solares flotantes en agua dulce o salada aún son embrionarias en comparación con los sistemas montados en tierra.

La mayor parte del proceso es similar o igual a la generación centralizada, pero se enfrentan algunos desafíos en la obtención de licencias y autorizaciones ambientales, derechos de uso del agua o precios de “alquiler de agua”.

Las plantas solares flotantes pueden no necesitar incentivos adicionales como FIT (Feed in Tariffs), subastas, licitaciones o cualquier otro mecanismo, pero lo cierto es que el proyecto inicial puede conllevar algún coste adicional debido a “riesgos tecnológicos” o nuevos productos específicos para dichas plantas. una aplicación que sus costes podrán reducirse cuando se amplíe el uso de este tipo de plantas.

Las oportunidades de mercado parecen ilimitadas debido a la cantidad de agua disponible en el planeta. Sin embargo, el potencial solar flotante no sólo está determinado por el espacio disponible, sino también por las necesidades energéticas futuras, así como por la cuota de mercado que podrían alcanzar las plantas flotantes, compitiendo con otras tecnologías y ubicaciones.

Consideraciones financieras en proyectos de energía solar fotovoltaica flotante

La siguiente tabla presenta una evaluación del potencial real de generación fotovoltaica flotante en los próximos años (a partir de 2020).

Capacidad (potencia máxima) y potencial de generación de energía de plantas solares flotantes en embalses artificiales de agua dulce, por continente

Esta tabla asume un rendimiento promedio (kWh/kWp) para todas las instalaciones con el mismo GCR (índice de cobertura del suelo) o WCR (tasa de cobertura de agua/depósito), que puede ser diferente según la ubicación. En cualquier caso, a modo de estimación, la tabla anterior proporciona una visión bastante precisa del potencial de las aplicaciones.

El costo de las plantas solares flotantes es un poco más alto si se considera su inversión inicial en comparación con su tamaño y ubicación similares en tierra.

Los mayores costes se deben principalmente a la plataforma flotante (en comparación con los perfiles montados en el suelo), los elementos de anclaje (no necesarios para las instalaciones montadas en el suelo) y las mayores exigencias técnicas de algunos componentes debido a la alta humedad y la corrosión.

Además, si la instalación flotante está situada en zonas costeras, se deben considerar costes adicionales debido a especificaciones de componentes más altas. Los gastos de capital de un sistema flotante varían entre R$ 4,584 y R$ 7,45 por vatio pico, incluidos los costos de transformador y transmisión hasta el punto de derivación.

Si bien estos números son provisionales, pueden variar según la ubicación del proyecto, los tipos de flotadores utilizados, la profundidad de su mecanismo de anclaje y el tamaño de todo el sistema.

Puede haber ahorros en la instalación de sistemas flotantes, así como de sistemas terrestres, con mayor escala. Actualmente, la instalación flotante tiene costes similares a los sistemas sobre tejado.

El siguiente gráfico muestra los gastos de capital de un sistema flotante según regiones y tamaños (Valores en US$/Wp).

Costos de plantas solares flotantes en algunos lugares del mundo entre 2014 y 2018.

Lo que es muy interesante de analizar es que si bien la inversión inicial para el sistema flotante a gran escala es mayor que la de su contraparte terrestre, el LCOE (coste nivelado de la electricidad) final sería comparable, considerando el mayor rendimiento de los sistemas flotantes. .

El aumento esperado en el rendimiento o PR (índice de rendimiento) está entre el 5 % y el 10 % en comparación con los sistemas solares montados en el suelo. La siguiente tabla, elaborada por SERIS (Instituto de Investigación de Energía Solar de Singapur) muestra la comparación del LCOE entre una misma planta solar (50 MWp) montada en tierra y flotante en tres ubicaciones o regiones diferentes.

Comparación del LCOE entre plantas solares terrestres y flotantes de 50 MWp, por región

Se puede observar que con un aumento en la tasa de rendimiento (PR) la diferencia en LCOE entre una determinada instalación flotante y una en tierra varía entre el 3,52% y el 3,53% entre diferentes ubicaciones en un WACC (Costo Promedio Ponderado del Capital) de 6. % y entre 4,21% y 4,52% con un WACC del 10%.

La diferencia no es significativa, especialmente en la etapa en la que los sistemas fotovoltaicos flotantes parecen estar en su fase embrionaria. Incluso parece lógico que, con la adopción masiva de sistemas flotantes, su CAPEX pueda caer aún más y volverse más barato que los sistemas montados en tierra.

Además, suponiendo que el agua superficial en algunas regiones pueda llegar a ser incluso más barata que la tierra disponible, los sistemas fotovoltaicos flotantes podrían llegar a ser, en el mediano plazo, incluso más atractivos que los servicios tradicionales de plantas solares a gran escala.

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Conclusiones

Dentro de la industria fotovoltaica ha surgido una nueva rama de rápido crecimiento: los sistemas flotantes. Este tipo de plantas solares proporcionan un nuevo escenario para las energías renovables, que permitiría a ciertos países tener un mix energético más limpio y con menor impacto ambiental, beneficiándose al mismo tiempo de tierras ociosas.

La reducción del uso del suelo es el principal atractivo de la energía solar flotante, permitiendo la expansión inmobiliaria o el uso del suelo para la agricultura.

Cuando se combinan todos estos beneficios con un rendimiento de producción adicional del 5% al ​​10% respecto a los sistemas de suelo, el LCOE para sistemas flotantes tiene valores cercanos a los obtenidos con una planta de suelo.

Este hecho hace que las plantas flotantes sean mucho más atractivas, sobre todo teniendo en cuenta que estas aplicaciones aún se encuentran en una fase muy temprana de uso.

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* Mauro da Rosa Sirtoli es Ingeniero Eléctrico con especialización en Electrónica y Telecomunicaciones (PUCRS). A principios de 2019, ingresó a Weidmueller Brasil como Ingeniero de Ventas de Campo en la Sucursal Sur, atendiendo cuentas en Porto Alegre y la región. A partir de junio de 2021 asumió la responsabilidad del departamento de Energías Renovables, trabajando principalmente en proyectos de suministro de StringBox para generación centralizada, negociación de contratos minoristas de cajas de microgeneración y soporte comercial al mercado de Soluciones Eólicas.

Las opiniones e información presentadas son las del autor y no reflejan necesariamente la opinión del Canal solares.