La capacidad instalada de generación de energía con paneles solares fotovoltaicos representa alrededor de un 11 % de la matriz eléctrica brasileña. Este porcentaje tiene un gran potencial de crecimiento con la instalación de estos sistemas en techos, galpones, terrenos y plataformas sobre superficies acuáticas. Un estudio realizado en el país muestra que, si se cubrieran tan solo el 1 % de los cuerpos de agua de los embalses artificiales con centrales solares instaladas sobre bases flotantes, ello le permitiría a Brasil generar la suficiente energía eléctrica limpia y renovable como para cubrir un 16 % del consumo de electricidad del país. Esto equivale al suministro proporcionado por la central hidroeléctrica de Itaipú, la segunda en tamaño en el mundo.
La generación eléctrica no es el único beneficio que proporcionan los llamados sistemas fotovoltaicos flotantes, lo que en la jerga de los expertos locales se conoce por las siglas SFVF. También son capaces de reducir la evaporación del agua de las represas, transformándose en un refuerzo hídrico para aquellas localidades que no tienen asegurado el abastecimiento, como la región del semiárido brasileño en el nordeste del país.
Estas constataciones estuvieron a cargo del equipo del Programa de Planificación Energética (PPE) del Instituto Alberto Luiz Coimbra de Posgrado e Investigación en Ingeniería, de la Universidad Federal de Río de Janeiro (Coppe-UFRJ). Dos artículos con los resultados de estos trabajos se publicaron en revistas científicas internacionales. El estudio del potencial técnico de generación de electricidad mediante SFVF salió publicado en la edición de enero de 2022 de la revista Renewable Energy.
El otro trabajo, centrado en la capacidad de los SFVF para evitar la evaporación del agua en los embalses del semiárido, fue presentado inicialmente como tesis doctoral defendida en el PPE por la ingeniera agrónoma Mariana Padilha Campos Lopes, bajo la supervisión de Marcos Aurélio Vasconcelos Freitas y David Castelo Branco, ambos del Coppe. Posteriormente, un artículo con los resultados de la tesis se publicó en el Journal of Cleaner Production, en noviembre de 2020.
“Cualquier tipo de cobertura sobre el agua interfiere en las variables que generan la evaporación, tales como la incidencia directa de la radiación solar sobre la superficie, la velocidad del viento y la temperatura ambiente”, explica Padilha Campos Lopes. “Los SFVF, además de reducir la evaporación, generan energía que puede utilizarse para alimentar bombas de agua y sistemas de riego o incluso para inyectar energía en la red de distribución”.
El trabajo de la investigadora utilizó como estudio de caso las 618 represas de la cuenca de Apodi-Mossoró, en Rio Grande do Norte, donde anualmente se evapora, en promedio, el 45 % de la capacidad volumétrica de los embalses. Esto lleva a que las represas periódicamente alcancen volúmenes considerados críticos, lo que obliga a los gestores públicos a transportar agua de otras localidades mediante camiones cisterna para el abastecimiento local.
La instalación de SFVF tan solo en la superficie ocupada por el volumen muerto de las represas de la cuenca de Apodi-Mossoró sería suficiente como para cubrir la demanda de energía eléctrica de 1,33 millones de hogares, es decir, podría abastecer holgadamente a la totalidad de los habitantes del estado de Rio Grande do Norte, con sus 1,23 millones de viviendas. El volumen muerto es la reserva de agua más profunda, cuyo nivel se encuentra por debajo de las tuberías de captación. El estudio señaló que el agua ahorrada anualmente ascendería a 20,6 millones de metros cúbicos (m3), unas tres veces el volumen de la laguna Rodrigo de Freitas, de Río de Janeiro. Si las centrales solares cubrieran el 50 % de la superficie de las represas de la cuenca de Apodi-Mossoró, la generación de energía sería suficiente para abastecer a 5 millones de hogares y el agua ahorrada llenaría 13 veces la laguna Rodrigo de Freitas.
La tecnología empleada en los SFVF no difiere de la utilizada en las centrales en tierra o en los sistemas instalados en techos y galpones, que se han vuelto comunes en todo el país, excepto por la necesidad de montar los paneles sobre una plataforma flotante y fijarla mediante un sistema de anclaje (véase la infografía). La Empresa de Investigación Energética (EPE, por sus siglas en portugués) del Ministerio de Minería y Energía (MME) publicó en 2020 una nota técnica: “Expansión de la generación – Solar fotovoltaica flotante”, en la que calcula que los flotadores y el sistema de anclaje pueden representar un adicional de un 25 % sobre los costos de instalación de una central fotovoltaica en tierra. Cuando se tienen en cuenta todos los factores implicados –entre ellos el valor de adquisición y adecuación de un predio para la instalación de una central en tierra– la EPE estima que los sistemas flotantes implican un costo un 18 % superior.
En la misma nota técnica, la EPE también informa que los sistemas flotantes pueden ser más eficientes en la generación de energía. Las celdas de silicio de los paneles fotovoltaicos pierden eficiencia con el aumento de la temperatura. La instalación de los módulos sobre el agua permite una temperatura operativa entre un 5 % y un 20 % inferior a la registrada en tierra, dependiendo del clima de cada región. Sin embargo, los expertos internacionales en la materia no han arribado a un consenso en cuanto al volumen del incremento de la eficiencia. Los estudios experimentales muestran resultados diferentes, que van desde beneficios irrelevantes hasta resultados superiores a un 20 %. Las estimaciones más corrientes apuntan ganancias que van de un 9 % a un 15 %.
El geógrafo Vasconcelos Freitas, del Coppe, juzga que el costo de la inversión inicial frena un avance mayor de los SFVF en el país. “Las usinas flotantes tienen un gran potencial, pero todavía no marcan tendencia entre los inversores”, dice. “Brasil dispone de grandes áreas para la implementación de centrales fotovoltaicas en tierra, una operación ya conocida y probada”. Otro obstáculo radica en que aún no existen estudios sobre el impacto de los SFVF sobre los ecosistemas acuáticos en el país, como así tampoco sobre los procedimientos de licencia y permisos establecidos por la Agencia Nacional de Aguas (ANA) para el uso de los espejos de agua con fines de generación de energía.
A nivel mundial, la generación eléctrica procedente de los SFVF alcanzó en 2020 los 2,6 gigavatios pico de potencia (GWp), un valor que representa el pico de producción, es decir, la generación máxima de energía de las centrales en el momento de máxima insolación. Este dato forma parte de una recopilación realizada por los autores del artículo publicado en Renewable Energy. Los países en donde el uso de esta tecnología está más difundido son Japón y Corea del Sur, debido a su escasa disponibilidad de superficie terrestre para la instalación de centrales, y China, que utiliza el sistema flotante principalmente sobre los espejos de agua de las represas mineras. En países tales como Australia, España, India, Irán, Jordania, Chile y Estados Unidos, la inversión en este sistema prioriza las regiones áridas y semiáridas con el propósito de reducir la evaporación del agua y aumentar la seguridad hídrica. Otro país donde ya se emplea este sistema es Portugal.
Brasil presenta un potencial prometedor para la instalación de SFVF, según Padilha Campos Lopes, dada la variedad y cantidad de cuerpos de agua disponibles en su territorio. Hay unos 241.000 cuerpos de agua catalogados por la ANA, entre los embalses de las centrales hidroeléctricas, lagos, lagunas, embalses, represas, ríos y cuencas. Los cuerpos de agua artificiales, incluidos en el estudio del Coppe, suman 174.500, entre las represas de las hidroeléctricas, los estanques de las pequeñas usinas hidroeléctricas y otros reservorios de agua para riego y consumo humano. Como no son reservas naturales, sino creadas por el hombre, su utilización presenta un impacto ambiental menor.
