Fotovoltaica flotante: energía limpia sobre el agua

La fotovoltaica flotante se consolida como una solución eficiente y sostenible para la generación de energía solar, aprovechando superficies de agua en embalses, lagos y balsas de riego sin ocupar suelo útil para otros fines. Además de su contribución a la transición energética, esta tecnología ofrece ventajas, como un mayor rendimiento gracias al enfriamiento natural del agua, la reducción de la evaporación en periodos de sequía y la mejora de la calidad del agua al limitar el crecimiento de algas. Aunque los sistemas onshore dominan el mercado, la investigación en aplicaciones offshore continúa avanzando. Con diferentes tipologías y diseños adaptados a las condiciones ambientales, la fotovoltaica flotante se perfila como una alternativa real en la diversificación del mix energético global.

La energía fotovoltaica flotante se fundamenta en la instalación de paneles solares sobre superficies de aguas calmadas, tales como embalses, balsas de riego, lagunas…

Dado que en algunas países se ha comenzado a experimentar también con emplazamientos marinos, que a priori plantean más problemas debido al oleaje, se habla ya de aplicaciones onshore y offshore, si bien son las primeras las que van a dominar claramente el mercado a corto y medio plazo.

También se ha establecido diferente tipología entre sistemas flotantes con paneles estáticos o estacionarios, siendo éstos últimos capaces de adaptarse al posicionamiento del sol para obtener un mejor aprovechamiento energético.

Entre los sistemas estáticos, tenemos los de Clase 1 y Clase 2. Los primeros son aquellos que combinas material plástico -para obtener la flotabilidad- con material metálico -que le aporta resistencia para soportar cargas de viento, nieve o corrientes al tiempo que optimizan el diseño de la planta para generar la mayor cantidad posible de energía-. Los sistemas de Clase 2 utilizan solamente material plástico, lo que representa una limitación en según que circunstancias.

Parque solar flotante ubicado en el Parque Tecnológico de Álava.

La fotovoltaica flotante está indicada para aguas calmadas tales como dársenas, lagos y lagunas, o bien almacenamientos artificiales como pueden ser balsas, grandes estanques, depósitos para riego o abastecimiento, pantanos, etc.

Entre sus principales ventajas cabe señalar:

• No ocupa suelo aprovechable para otros usos, fundamentalmente agrícolas.
• Mejor rendimiento, eficiencia y aprovechamiento energético de los paneles, por el enfriamiento que produce el agua y la reducción del polvo en suspensión, que reduce los costes de limpieza.
• Menor evaporación de las masas de agua, lo que es particularmente importante en los embalses en periodos de sequía. Existe estudios que cifran en hasta 1.250 millones de litros por kilómetros cuadrado el ahorro en pérdidas por evaporación de agua
• Mejora la calidad del agua y la protección de algunas especies animales. La sombra generada por los paneles solares evita el crecimiento desmedido de algas, una de las principales causas de la contaminación en embalses y lagos.
• Facilidad y rapidez tanto en las tareas de instalación como de desmantelamiento al final de la vida útil.

Los primeros proyectos relacionados con energía fotovoltaica flotante datan del año 2006, y fueron los EE UU, Dinamarca, Francia, Italia y Japón los países pioneros en su desarrollo. En concreto, la primera planta se instaló en 2007 en la localidad japonesa de Aichi.

En el año 2015, la capacidad instalada era de apenas 10 MW en todo el mundo, y alcanzó los 2 GW en 2020 (es decir, que se ha multiplicó por 200 en cinco años). Algunas previsiones apuntan a alcanzar la cifra de 10 GW este año, con una potencialidad mundial estimada en torno a 4 TW, es decir, 400 veces mayor.

Un estudio reciente señala que el tamaño del mercado global de sistemas solares flotantes pasará de 269 millones de dólares estimados para el año 2024 a 1.226 millones en 2033 con una tasa CAGR (crecimiento anual compuesto) del 18,36% en esa década.

Sin embargo, como estima una nueva investigación del equipo de las universidades de Bangor y Lancaster, existe un potencial de 14.906 TWh para la energía solar fotovoltaica flotante en más de un millón de masas de agua en todo el mundo. Con una cobertura de superficie conservadora del 10%, sería posible producir suficiente energía para satisfacer un 16% de las demandas de electricidad de algunos países.

Evolución de la potencia instalada en centrales fotovoltaicas flotantes 2017-2022, con un total de 4,3 GW al final de este último año, y con Asia representando el 87% del total (Fuente: S&P Global).

Hoy por hoy, la región Asia-Pacífico lidera claramente la apuesta por la energía fotovoltaica flotante. Un equipo internacional de investigación ha evaluado recientemente la situación mundial de las instalaciones fotovoltaicas flotantes. El estudio ha puesto de manifiesto que casi el 90% de la capacidad instalada se encuentra en Asia, y que el país líder es China, con casi la mitad de la capacidad total. Además del gigante asiático, países de la misma región como Taiwán, Japón y Corea del Sur también han apostado por esta tecnología, y están obteniendo resultados gracias a las favorables normativas y a sus ambiciosos objetivos en materia de energías renovables. Más recientemente, India también han promovido una política de promoción de las centrales solares flotantes.

El tamaño medio de las plantas FPV ha crecido de 0,09 MW en 2013 a 1,40 MW en 2022, mientras que la densidad de potencia media ha aumentado de 82 W/m2 a 123 W/m2 en el mismo período de tiempo.

Además, los costos de instalación siguen disminuyendo, de manera que los proyectos de solar flotante pueden ser económicamente viables en las condiciones adecuadas, y competitivos respecto a otras opciones de energía renovable.

El mismo grupo investigador estima que instalando paneles flotantes en el 10% de la superficie de 249.717 embalses interiores, se podrían alcanzar hasta 22 TW y cubrir todo el consumo eléctrico mundial.

En cuanto a las principales instalaciones existentes hoy en día en el mundo, cabe destacar que China ha puesto en marcha una central que ocupa una superficie de 300 hectáreas en la provincia de Zhejiang. Se construyó en dos fases: la primera, concluida en 2017, dispone de una potencia de 300 GWH que proporciona electricidad a 100.000 hogares; la segunda, puesta en servicio en abril de 2020, proporciona 120 MW adicionales.

Otras instalaciones flotantes destacables en China son:

• Dezhou, en el embalse de Shandong, con una potencia de 320 MW, diseñada para proporcionar anualmente en torno a 550 millones de kWh.
• Huainan, en la Presa de las Tres Gargantas, con una potencia de 150 MW y que suministra energía a 94.000 hogares.
• CECEP, siglas de la agencia gubernamental que promovió una instalación de 70 MW en la localidad de Anhui.
• Además, en noviembre de 2024 la agencia estatal CHN Energy anunció la puesta en marcha del primer parque solar flotante offshore, a ocho kilómetros de la costa de la provincia de Shandong, con una potencia de 1 GW.

En Taiwán se ha puesto recientemente en funcionamiento una planta solar flotante con una potencia instalada de 440 MW y que cubre una superficie de 347 hectáreas, capaz de abastecer 74.000 hogares y compensar 136.000 toneladas de carbono anualmente

Por su lado, Corea del Sur está desarrollando una planta en un estuario de la costa del Mar Amarillo, cerca de la localidad de Saemangeum. Serán más de cinco millones de módulos solares que ocuparán un área de 30 kilómetros cuadrados, con una potencia instalada prevista de 2,1 GW y capaz de satisfacer la demanda energética de un millón de hogares. Se prevé que sea operativa en 2026.

India es otro de los países que ha apostado firmemente por la energía solar flotante, y cuenta ya con dos instalaciones que superan los 100 MW de potencia, y una tercera en construcción con capacidad para 600 MW. Ubicada en el embalse de la presa de Omkareshwar (Estado de Madhya Pradesh), está operativa desde 2024, y ha supuesto una inversión de 420 millones de dólares.

Japón, Indonesia, Tailandia y Singapur completan la lista de países asiáticos que han desarrollado proyectos relevantes de energía solar flotante. Pero el listado de grandes instalaciones en proyecto o ya operativas incluye también emplazamientos en países como los EE UU o Brasil.

Los embalses controlados por el gobierno federal en los Estados Unidos, por ejemplo, tienen un amplio potencial de capacidad de generación solar flotante, que oscila entre los 861 y los 1.042 GW, según el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL, por sus iniciales en inglés). Estas estimaciones podrían suponer aproximadamente la mitad de la energía solar necesaria para descarbonizar la red eléctrica estadounidense en 2050.

En cuanto a Europa, la UE cuenta con 451 MW de energía solar flotante conectados a la red y, según estimaciones de la Asociación Europea de la Industria Fotovoltaica, si se cubriera el 10% de la superficie de sus embalses, se podría generar el 6% del consumo eléctrico anual de la Unión Europea.

No hay que olvidar que uno de los proyectos más relevantes a escala internacional se ubica mucho más cerca, en Portugal. Se trata de la instalación fotovoltaica flotante del embalse de Alqueva, la más grande de Europa, inaugurada en 2022. Produce anualmente 7,5 GWh, gracias a 12.000 paneles que se sostienen sobre unos 25.000 flotadores de corcho y plástico reciclado, con una huella de carbono un 30% menor que los tradicionales. Y ocupa solo el 0,016% del área total del embalse.

Con más de 1.225 embalses y pantanos, España posee la mayor cantidad de infraestructuras de este tipo en la Unión Europea, según el Inventario de Empresas y Embalses del Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación. Este recurso convierte al país en un referente potencial para el desarrollo de energía solar flotante.

En julio del pasado año, a propuesta del Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico, el Gobierno aprobó un Real Decreto que regula la instalación de plantas fotovoltaicas flotantes sobre dominio público hidráulico o en otras infraestructuras hidráulicas de titularidad pública conectadas a las redes de transporte o distribución de energía eléctrica. Se calcula que se podrán aprovechar 5.300 hectáreas de superficie sobre embalses, con una capacidad de 7,5 GW, en el país europeo con más instalaciones de este tipo.

La medida podría afectar a más de un centenar de embalses repartidos por toda la península. Actualmente existen solo un puñado de plantas fotovoltaicas flotantes, ubicadas en pequeños embalses o en balsas artificiales, destinadas mayoritariamente al autoconsumo para alimentar sistemas de riego.

Además de los embalses, el Real Decreto contempla su instalación en otras infraestructuras hidráulicas estatales, como canales o plantas desaladoras, mediante concesiones de explotación de hasta 25 años.

La instalación de plantas solares flotantes junto a las centrales hidroeléctricas permitiría utilizar la capacidad solar para complementar y aumentar la producción eléctrica, al tiempo que optimizaría el uso de las redes de evacuación de la electricidad, y ayudaría a gestionar la producción en periodos de baja disponibilidad de agua.

Actualmente hay en España 106 embalses de titularidad estatal sobre los que podrían ubicarse este tipo de instalaciones que se reparten entre las grandes cuencas hidrográficas: 28 en la cuenca del Guadiana, 24 en la del Guadalquivir, 20 en el Tajo, 19 en el Ebro, seis en el Júcar, cinco en el Segura, tres en el Duero y una en la cuenca del Miño-Sil.

La primera planta fotovoltaica flotante conectada a la red en España fue impulsada por Acciona en el embalse extremeño de Sierra Brava, con 1,1 MW de potencia a partir de 3.000 paneles que ocupan una superficie de 12.000 m2 y pueden generar energía limpia equivalente a la demanda de un millar de hogares.

Puesta en marcha en 2020, la instalación consta de seis sistemas flotantes adyacentes con capacidad cada uno para 600 módulos fotovoltaicos, con una capacidad total estimada en 1,375MWp. La planta ha sido concebida como un demostrador tecnológico orientado a analizar las soluciones más idóneas para optimizar la producción energética en este tipo de instalaciones.

Mikel López de Lacalle, director general de Emica Solar; Jon Ander Agirrebengoa, CEO de Emica; e Irantzu Allende Fernández de Eribe, viceconsejera de Transición Energética del Gobierno Vasco durante la presentación de la primera planta solar flotante en el País Vasco.

La startup EMICA Solar ha puesto en marcha el primer ejemplo de este tipo de instalación en el País Vasco. A pesar de sus limitadas dimensiones, la planta solar flotante del Parque Tecnológico de Álava, en Miñano, ha constituido un auténtico banco de pruebas para demostrar la efectividad y posibilidades de esta novedosa forma de generación de energía renovable, descarbonizada y sostenible.

En abril de 2022, la balsa de riego del Parque de Miñano acogió el montaje del primer prototipo demostrativo, que sirvió para testar las operaciones de montaje y mantenimiento. En el verano de 2023 se procedió a la instalación de la planta real, una infraestructura que consta de 196 paneles solares, que ocupan una superficie de 900 m2, y se asienta sobre una estructura flotante cuya característica distintiva en un diseño inspirado en el casco de un barco tipo trimarán. Esta configuración, patentada por EMICA Solar, ofrece las ventajas de mayor estabilidad combinada con menor área de contacto con el agua, lo que redunda en una reducción de la evaporación natural, del coste de mantenimiento y de la afección sobre la flora y fauna acuáticas.

El sistema patentado por EMICA Solar también permite utilizar paneles solares bifaciales, que incrementan el rendimiento energético de la instalación gracias a diversos factores: un mejor aprovechamiento de la luz solar y del reflejo de ésta sobre el agua; el efecto de enfriamiento por la temperatura del agua sobre la que se apoya el sistema; y el flujo del aire bajo los paneles, que mejora la eficiencia. Los paneles pueden alcanzar en una instalación como ésta hasta 25º de inclinación, frente a no más del 5º en otras instalaciones, con un aprovechamiento óptimo de la radiación solar que redunda en una mayor producción energética. Otra ventaja, en el caso de balsas de agua que se vacían periódicamente para limpiar los fondos, es que la estructura tri-casco permite abordar esta tarea sin necesidad de desmontar la instalación.

Desde el punto de vista del aprovechamiento energético, esta primera planta solar flotante instalada en el País Vasco dispone de una potencia de 106 Wp, y desde la fecha de su puesta en marcha ha generado un autoconsumo del 30% anual en el Parque Tecnológico de Álava (a pesar de que la normativa no permite aprovechar los excedentes energéticos), y ha ahorrado 104 toneladas de emisiones de CO2. Otro de los elementos destacados de esta innovadora instalación solar flotante es que ha probado su operatividad en condiciones climáticas muy adversas, tanto por el amplio rango de temperaturas soportadas como, sobre todo, por el hecho de no haberse visto afectada por los fuertes vientos, que en este emplazamiento han llegado a superar los 120 kilómetros/hora.

Además de esta instalación en Álava, han puesto en marcha a lo largo de 2024 varias instalaciones similares. En la provincia de Sevilla, se ha tratado de una explotación agrícola, que ha puesto en marcha una instalación de 84 kilovatios de potencia con destino al autoconsumo. También en Andalucía, a través de la sociedad pública SEIASA, dependiente del Ministerio de Agricultura, EMICA Solar ha desarrollado en Almería una planta flotante de 436 kilovatios, que ha constituido el primer proyecto de este Ministerio dentro del Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia (PRTR) y ha contado con fondos europeos Next Generation. Y recientemente se ha inaugurado otro pequeño proyecto piloto, de 56 kilovatios de potencia, en Tenerife, que constituye la primera fase de un planeamiento que culminará en 2025. En este último caso se ha puesto de relieve la adaptabilidad del sistema de EMICA Solar, que tuvo que hacer frente en primer término a una emergencia hídrica que provocó cotas extraordinariamente bajas en el nivel de agua; y posteriormente a una DANA durante la cual la instalación generó energía de forma ininterrumpida a pesar de los fuertes vientos.