Un Potencial Dormido: Paneles Solares Flotantes y la Hidroelectricidad

La manera en que aprovechamos la energía solar tiene muchas aristas, una de las más prometedoras y emergentes es la de la tecnología solar flotante. La misma consiste principalmente en utilizar cuerpos de agua existentes tales como lagos, pozos, o reservorios para situar un sistema fotovoltaico instalado con un sistema de amarres y boyas que flotan en el agua, los cuales sirven de soporte fijo para los módulos que están ajustados a dicho sistema de anclaje tal como puede verse en la figura 1. Dichos sistemas fotovoltaicos ya han sido instalados y aunque existe poco más de 1.3GW instalados a nivel mundial debido a lo novedoso del sistema, las proyecciones estiman que para finales de 2022 existirán más de 13GW instalados.

Combinando Dos Fuentes de Energía: Sol y Energía Cinética a Través del Agua

Ahora bien, además de esto existe un creciente interés por el desarrollo de esta tecnología en combinación con la hidroelectricidad. El concepto se aplica utilizando los mismos reservorios de agua ya existentes en diques o represas para generación de hidroelectricidad, factor que reduce ampliamente los costos relacionados a terreno y que evita también conflictos alusivos a derecho de tierras.

Fig.1 Sistema a Gran Escala de un Sistema Solar Fotovoltaico Flotante

¿Qué obtiene a cambio la Planta Fotovoltaica?

Adicionalmente existen otros beneficios considerables al tomar en cuenta esta tecnología híbrida. Desde el punto de vista de la planta solar fotovoltaica, se aumenta considerablemente la eficiencia del sistema gracias al efecto regulador de temperatura que produce el agua en contraste con lo que sería instalar un sistema en tierra o techo. Las pérdidas térmicas en sistemas fotovoltaicos constituyen uno de los mayores factores de pérdida en cualquier sistema, especialmente en zonas que son áridas o que poseen elevadas temperaturas. 

Por otra parte, gracias al lugar donde se instalarían los módulos que suelen ser reservorios de agua amplios y libres de objetos cercanos, se obtendría una reducción prácticamente a cero de lo que son las pérdidas por sombreado,  dejando quizás únicamente pérdidas de sombreado alusivas a factores lejanos como montañas cuyo efecto es mínimo. Este mismo factor permite a su vez orientar los módulos hacia el lugar más óptimo y de máximo aprovechamiento solar, entiéndase hacia el sur en el hemisferio norte, o hacia el norte en el hemisferio sur.

¿Qué obtiene a cambio la Planta Hídrica?

Desde el punto de vista de la energía hídrica existen también beneficios alusivos a instalar un sistema fotovoltaico flotante en el reservorio de agua. Entre otras cosas ello incluye una reducción en la evaporación del agua sobre el área que es cubierta por el sistema fotovoltaico, así como también una reducción en el crecimiento de algas dentro del cuerpo de agua.

No obstante la mayor ventaja puede verse al operar ambos sistemas en conjunto ofreciendo una solución única y atractiva.  

Fig2. Esquemático Híbrido de Planta Solar Fotovoltaico Flotante - Hidráulico

Lo Mejor de Ambos Mundos

La energía solar es renovable y es atractiva en muchos aspectos, sin embargo debido a su naturaleza variable se reduce la controlabilidad que puede ofrecer al proveedor. Si bien esto es considerado por los diseñadores al momento de instalar un sistema, es un factor que debe tomarse en cuenta al momento de diseñar, requiriendo en algunas ocasiones sobredimensionar el sistema para poder cubrir con una demanda en un período específico del año.  No obstante, la hidroelectricidad resulta ser una energía renovable con un alto grado de controlabilidad, ya que al simplemente ajustar el volumen de agua que pasa por la turbina se puede regular la cantidad de electricidad que se genera. Este alto grado de estabilidad que ofrecen las plantas de hidroelectricidad es la razón por la que se utilizan como reguladores de frecuencia en la red. 

En este sentido, durante períodos nublados o de lluvia en los que la generación solar disminuya considerablemente, será posible cubrir la demanda aumentando la generación hídrica a través de un sistema de operación combinada optimizado. La generación hídrica aumentará naturalmente durante el período de lluvia, con lo cual actuará como un sólido y constante apoyo a la generación fotovoltaica. Esto evitaría sobredimensionamientos innecesarios para cubrir demanda épocas de baja radiación solar y permitiría usar la energía hídrica como una fuente de almacenamiento de energía desde el punto de vista de la energía solar, sustituyendo lo que sería un costoso sistema de baterías de litio a gran escala.

En contraste, durante la época de sequía el recurso hídrico disminuye considerablemente, no obstante, la energía solar se encontrará en su valor máximo con lo cual podrá asistir a la generación hídrica para la generación diurna, almacenando la energía hídrica principalmente para la operación nocturna. Esto permite ofrecer incluso una mayor estabilidad a los sistemas hídricos reduciendo su dependencia de los factores ambientales y evitando innecesarios e indeseables apagados del sistema para proteger la estabilidad de una red o del sistema eléctrico.

Adicionalmente, al combinar estos dos sistemas, se permite mejorar u optimizar la utilización del sistema de transmisión. En sistemas solares fotovoltaicos a escala de red que generalmente están ubicados en sitos lejanos a los centros de demanda se requiere instalar un sistema de transmisión dedicado. Dichas líneas de transmisión son en muchos casos sub-utilizadas debido a la naturaleza variable y pico de la energía fotovoltaica, lo cual implica mayores costos capitales así como operativos por megavatio-hora. Un sistema híbrido con energía hídrica ofrece un mayor factor de capacidad para las plantas lo cual implica que el aprovechamiento de las líneas de transmisión será considerablemente mayor, reduciendo costos y obteniendo además una interconexión de dos sistemas en una sola red de transmisión que de otra manera necesitaría una línea asociada a cada fuente de generación. 

Desde el punto de vista del operador del sistema estos factores pueden resultar considerablemente atractivos. 

Estudios previos estiman que existe un potencial de entre 400 y 1.000 GW a una escala global para energía solar flotante únicamente, y entre 4.400 y 5.700 GW para la energía solar-hídrica. De este potencial el mayor porcentaje se concentra en Norteamérica, Sudamérica, Asia del Este y el Norte de Europa como puede verse en la figura 3.  

Fig3. Potencial de Capacidad a Nivel Mundial Para Energía Híbrida Hídrica- Solar PV

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