CDT Con el rápido avance de las tecnologías, la energía solar fotovoltaica (PV) se ha transformado en una alternativa real para generar energía limpia utilizada en diversos ámbitos (hogares, centrales, red eléctrica, etcétera).
Gestión de Contenidos CDT/BiT
Así, con el propósito de avanzar en esta línea, Fundación Fraunhofer Chile desarrolla Fotovoltaico Integrado, una iniciativa que consiste, entre otros usos, en la utilización de superficies de tierra agrícola, en edificaciones o en superficies de agua para la instalación de sistemas fotovoltaicos. Para ello cuenta actualmente con tres áreas de desarrollo: Flotante PV, Urban Farm PV y Agro PV, que en el caso de nuestro país ya cuentan con proyectos instalados y cuyo objetivo es poder generar energía limpia y una mayor eficiencia del uso de estas superficies.
Flotante PV
Debido a que Chile es uno de los países que está siendo más afectado por el cambio climático, cumpliendo con siete de los nueve criterios de vulnerabilidad, entre ellos zonas áridas y semiáridas y áreas propensas a sequía y desertificación, se hace necesario buscar maneras de mitigar esos efectos y al mismo tiempo, utilizar más eficientemente el recurso hídrico.
En este contexto, el concepto Flotante PV busca instalar paneles fotovoltaicos sobre masas de agua con el potencial de generar energía limpia y, a la vez, proteger el agua de la evaporación. Según se explica en el sitio web de la Fundación, Flotante PV solucionaría el acceso a energía eléctrica en zonas rurales, evitando conflictos con el uso de suelo agrícola.
En términos prácticos, el sistema Flotante PV es similar a un sistema fotovoltaico terrestre, diseñado con los mismos componentes, pero la diferencia radica en que los paneles fotovoltaicos están montados sobre una plataforma que flota en el agua.
En el mundo se estima una capacidad total instalada de sistemas Flotante PV de 2,6 GW en 2020 y se estima la instalación de 1,6 GW de nueva capacidad en el año 2021.
De acuerdo a datos de la Fundación, Flotante PV es un concepto integrador y un ambiente especial para la instalación de paneles fotovoltaicos con efectos sinérgicos. Y es que los estudios realizados demuestran que el mayor impacto observado se refleja en una reducción del 80% de la evaporación del agua. A su vez, el agua tiene un impacto refrescante en los paneles FV, bajando su temperatura en días soleados y calurosos entre 5 y 10°C, permitiendo aumentar la eficiencia de la generación eléctrica.
Asimismo, la instalación sobre el agua puede facilitar la limpieza de los paneles FV dado que la disponibilidad de esta es abundante y el recurso no se pierde. Por último, señalan que la utilización de superficies de agua ayuda a resolver el conflicto de uso de suelo de la energía solar, que requiere 10 m² de superficie para generar 1 MWh de energía.
Un ejemplo de esta área de desarrollo es el proyecto “FIC-R: Construcción de un piloto en la Región Metropolitana”, cuyo objetivo principal es demostrar la factibilidad técnica-económica-legal de un piloto Flotante PV generando conocimientos y confianza en el mundo agro. Para esto se buscó instalar el piloto Flotante PV en un embalse agrícola en la región para generar energía eléctrica en zonas rurales sin conflicto por el uso de suelo agrícola y, al mismo tiempo, proteger el recurso hídrico.
Así fue como un piloto Flotante PV de 30 paneles fotovoltaicos monocristalinos, lo que supone una superficie total de módulos de 66 m² y una potencia de 16,2 kWp, fue instalado en el embalse de la Comunidad de Agua Canal Hospital (CACH), en la comuna de Paine.
Los paneles fotovoltaicos están montados de forma fija con una inclinación de 10° hacia el norte en flotadores modulares de polietileno de alta densidad (HDPE) y toda la planta fotovoltaica flotante tiene una superficie de unos 100 m² .
Según se detalla en el sitio web de la Fundación, los paneles fotovoltaicos alimentan dos inversores monofásicos de 7,5 kWP y así generan hasta unos 65 kWh/día o 24 MWh de energía por año. Esta energía permite bombear agua y ahorrar aproximadamente 2.500.000 de pesos chilenos (CLP) en comparación con el consumo de energía desde la red. A la vez, el sistema Flotante PV con una superficie de 100 m² protege alrededor de 100.000 litros o 100 m³ de agua de la evaporación cada año.
A modo de comparación: un ciclo productivo de hortalizas requiere entre 2.000 a 8.000 m³ de agua por hectárea. Considerando un promedio de 5.000 m³/ha, que equivale a 500 litros/m², se puede irrigar una superficie de 200 m² en un ciclo productivo de hortalizas solo con el agua protegida de la evaporación.
Desde Fraunhofer señalan que para entender el impacto que tiene la instalación de paneles fotovoltaicos sobre el agua, se equipó el piloto con sensores para medir parámetros microclimáticos. De esta forma se puede cuantificar el impacto que tiene el piloto en disminución de la evaporación del agua.
A su vez, los datos también permiten cuantificar el impacto de la refrigeración del agua en los paneles y el aumento de la eficiencia de la generación.
El proyecto es financiado por el fondo FIC-R Metropolitano del Gobierno Regional bajo el código BIP: 400026953-0 y cuenta con la colaboración de: Punto Solar, empresa dedicada a servicios completos de ingeniería e instalaciones solares, Andesol, empresa dedicada a la mantención de sistemas fotovoltaicos y DMC Consultores, abogados que analizan aspectos legales.
Conoce más sobre Flotante PV en el siguiente video:
Agro PV: doble uso de suelo en la agricultura
Debido al cambio climático y como se mencionó anteriormente, Chile es uno de los países más afectados, lo que se nota con mayor intensidad en las zonas nortes y centro donde los pequeños agricultores se enfrentan a una mega sequía de más de una década de duración. Además, a la escasez de agua, también se suman otros problemas como los conflictos de uso de la tierra entre la producción de energía y la agricultura, ya que en cada una de las regiones donde se encuentran las principales zonas de producción agrícola debido a la presencia de suelos fértiles, al mismo tiempo, se concentra la mayor parte de la demanda energética del país. Ante este escenario, Agro PV, ofrece una solución, permitiendo la generación de energía limpia y la producción agrícola en el mismo lugar.
El concepto Agro PV, o agrivoltaico, integra paneles PV en la agricultura para combinar la producción agrícola y la generación de energía limpia en el mismo terreno. El concepto, inventado por Adolf Goetzberger de Fraunhofer ISE en 1982, establece que un sistema Agro PV puede aumentar la eficiencia del uso de la tierra y permitir otros efectos sinérgicos positivos para la agricultura, como la protección climática de los cultivos sensibles y la mejora de la eficiencia del uso del agua. Y es que los paneles fotovoltaicos pueden implementarse de varias maneras en la agricultura. Las estructuras de soporte elevadas permiten la práctica de la agricultura bajo los paneles y los módulos instalados permiten la agricultura entre las filas de módulos.
En 2020, Fraunhofer ISE estimó una capacidad total instalada de agrivoltaica de 14 GWP en todo el mundo, con la mayoría de las instalaciones ubicadas en Asia (China, Japón, Corea) y Europa (Francia, Italia, Alemania, Países Bajos).
Al igual que con las otras áreas de desarrollo, Agro PV también cuenta con un proyecto, financiado por el fondo FIC-R del Gobierno Regional Metropolitano, que consiste en la instalación por parte de Fraunhofer Chile de tres plantas piloto en las comunas de El Monte, Curacaví y Lampa, con una capacidad instalada de 13 kWP cada una, generando hasta 20,8 MWh/año y evitando así 8,8 toneladas de CO₂/año.
El proyecto fue ejecutado en colaboración con Fraunhofer ISE de Alemania como resultado de su experiencia con una planta piloto a escala industrial de 194 kWP que fue transferida y adaptada a las condiciones locales en Chile.
Las plantas piloto se utilizan como laboratorios reales para estudiar las implicaciones de Agro PV en la generación de energía solar y en la productividad agrícola.
Según se señala en el sitio web de la Fundación, se controla el coeficiente de rendimiento (PR), se miden las tasas de ensuciamiento, se controla el microclima bajo los paneles fotovoltaicos y se evalúan los resultados de rendimiento en comparación con las respectivas zonas de referencia.
En cuanto a los resultados actuales de la investigación obtenidos con las plantas piloto, estos validan el potencial sinérgico de Agro PV para la agricultura y el mercado fotovoltaico, ya que indican que la reducción medida de la irradiación solar del 40% bajo los sistemas conduce a un aumento de la humedad del suelo de 29%, lo que muestra el potencial para reducir la demanda global de agua de riego. Por su parte, la reducción de la irradiación valida el potencial de la planta Agro PV para proteger los cultivos del exceso de sol y las mediciones de la temperatura del aire muestran un efecto de enfriamiento del sistema durante el día y un aumento de la temperatura del aire que puede proteger de las heladas durante la noche.
Para más información sobre el impacto en el microclima, haz click aquí
De acuerdo a datos del sitio web, en las plantas piloto, se observa un aumento de la eficiencia en el uso de la tierra de hasta el 187% para los cultivos de lechuga, cuyo rendimiento no se vio afectado por el sistema agrivoltaico y la generación de energía fue del 87% en comparación con un sistema fotovoltaico convencional en la misma superficie. Los cambios en la generación de electricidad se deben a la orientación subóptima de los paneles fotovoltaicos y al aumento de la distancia entre hileras.
Conoce más detalles de Agro PV aquí
Urban Farm PV: Agricultura urbana vertical con uso de energía solar fotovoltaica
Esta tercera área de desarrollo busca la combinación de la hidroponía vertical en un ambiente controlado con la energía solar fotovoltaica. Su propósito es solucionar los desafíos principales de la agricultura en la Región Metropolitana como son: la dependencia de recursos como el agua y suelos fértiles junto con la disminución de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) y la eliminación de químicos contaminantes.
Al igual que con las anteriores áreas de desarrollo, Fraunhofer Chile y el Gobierno Regional Metropolitano implementaron dos pilotos productivos de Urban Farm PV, a través del proyecto FIC-R Met 2017. El primero de ellos se instaló en la Municipalidad de Quinta Normal, bajo un modelo comunitario y en el cual se realizaron capacitaciones a la municipalidad y vecinos para que pudieran operar el módulo, cultivando sus propios alimentos.
Según se detalla en el sitio web de Fraunhofer Chile, el piloto cuenta con un sistema de hidroponía de la tecnología NFT con una capacidad de 300 lechugas y una plantinera automatizada. Los equipos de iluminación presentes en el módulo consisten en 24 barras LED de la empresa PARALED que permiten controlar y optimizar el crecimiento y la producción vegetal, a través de un espectro específico para las plantas, ajustable con un mayor control de la proporción rojo:azul.
Sobre el contenedor se instalaron 12 paneles PV de potencia de 320 Wp sumando a una capacidad de 3.840 WP de potencia. Los paneles fotovoltaicos están instalados sobre una estructura de madera, diseñada por el Centro de Innovación en Madera (CENAMAD) de la Pontificia Universidad Católica de Chile.
Para el segundo piloto, en tanto, se instalaron 120 torres verticales de 1,85 metros para los cultivos hidropónicos con capacidad total de 1.200 unidades de hortalizas por la cual se hace pasar de manera constante una solución nutritiva desde la parte superior de cada torre. De acuerdo a información del sitio web, el sistema de torres se basa en un riego gravitacional a través de una tela, que permite que las raíces estén en contacto con la solución nutritiva. Para asegurar una iluminación óptima se instalaron ocho focos y 16 barras PARALED. Por su parte, el sistema PV del piloto tiene una capacidad de 2.700 WP y consiste en cinco paneles instalados en el techo del contenedor. El arreglo de paneles fotovoltaicos está conectado a un inversor on-grid y alimenta el contenedor.
Cabe mencionar que este segundo piloto fue transferido a la pyme Urbana Grow, quienes vieron en el proyecto una oportunidad de negocios para su empresa, dándole proyección comercial al módulo mediante un contrato con una importante cadena de retail.
Con los dos pilotos instalados y operando, Fraunhofer Chile puede estudiar, analizar y optimizar el consumo energético e hídrico de los cultivos hidropónicos en ambiente controlado.
El proyecto fue financiado por el fondo FIC-R Metropolitano del Gobierno Regional bajo el código BIP: 40002643-0 y contó con el apoyo de Ciencia Pura, Punto Solar, DUOC y Centro de la Madera UC cumpliendo tanto con objetivos sociocomunitarios y también de fortalecimiento del emprendimiento regional en un concepto innovador y sostenible.
Conoce más detalles de Urban Farm PV en el siguiente video:
Revisa nuestro anterior artículo sobre Fotovoltaico Instalado aquí
Si quieres saber más sobre estas innovaciones y los proyectos piloto, haz clic aquí
Cargando...
