¿Shadeballs o energía solar para los problemas del agua?

por Luis A. Pagán-Quiñones
25 de agosto 2015

En los últimos años, países y ciudades han entrado en periodos de sequía muy severos. Algunos, con las experiencias de las pasadas décadas, han prevenido el impacto llevando a cabo medidas, tales como la conservación, reciclaje de agua , desalinización, y otros métodos últimamente innovadores y/o muy poco conocidos.

Uno de estos estados ha sido California. Específicamente la ciudad de Los Angeles. Ante una incesante sequia y recién aplicadas medidas de racionamiento en algunas áreas del estado, han vuelto a implementar (implementado por primera vez en el 2008) un método innovador llamado “shadeball”. (Vara-Orta, 2008)

“Shabeball” es una esfera de plástico resistente a altas temperaturas (120-180 °C), con un diámetro de 4 pulgadas y peso de 245 gramos. Según “Los Angeles Department of Water and Power” (LADWP), estas fueron empleadas para reducir la evaporación en los embalses de la ciudad y prevenir que los rayos solares tuvieran contacto directo con el bromuro y cloro en el agua. Así evitando la formación de bromato. Lo que en el agua potable puede resultar cancerígeno para el ser humano (Vara-Orta, 2008).

Australia, Brasil y Japón han empleado el uso de energía solar fotovoltaica flotante.

Sin embargo, ¿Es el uso de estas esferas la única alternativa para evitar la evaporación y/o los problemas de calidad del agua en los embalses? Definitivamente, no. Otros países han empleado el uso de energía solar fotovoltaica flotante. Así han sido los casos en Australia, Brasil y Japón.

¿Es el uso de “shadeballs” la única alternativa para evitar la evaporación y/o los problemas de calidad del agua en los embalses? No.

Australia está construyendo una planta de energía solar fotovoltaica flotante de 3.5 MW, que no solo sirve para suplir electricidad a una planta de tratamiento de aguas, y que muy probable genere más electricidad de lo que esta facilidad necesite, sino que mantiene el agua libre de formación de algas. Así manteniendo la calidad en el agua que la utilidad demanda. La compañía encargada del desarrollo del proyecto, Infratech Industries, alega que debido a que la superficie es agua, los paneles solares operan a mejores temperaturas. Por lo que la eficiencia del panel podría resultar hasta en un 57% más que los paneles solares instalados en tierra. Además, la instalación estaría previniendo la evaporación del 90% de la superficie cubierta (Vorrath, 2015).

El sector de generación de electricidad es uno de los más contaminantes al medioambiente y gran contribuidor de gases de efecto de invernadero (GEI). Entre las energías menos contaminantes se encuentra la energía hidroeléctrica. Catalogada como una fuente de energía renovable. Sin embargo, se ha encontrado que este método de generar electricidad es un gran emisor de metano. Y que según el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC), el metano (CH4) tiene el potencial de contribuir al calentamiento global 21 veces más que el dióxido de carbón (CO2). (Houssaye, 2015). Y este es el caso de Brasil.

El embalse de la represa Balbina en la selva amazónica es un gran productor de gas metano

El embalse de la represa Balbina, ubicado en el curso del río Uatumã, en la selva amazónica, es un gran productor de metano. Esto es debido a la acumulación y descomposición de árboles, plantas, suelo y todo material orgánico a raíz de las inundaciones que formaron el embalse. Siendo este embalse, junto a los ubicados en climas tropicales, los mayores emisores de metano a la atmósfera. (VINCENT L. ST. LOUIS, 2000). Y que según Phillip Fearnside, experto en el Amazonas, el embalse Balbina emitió 23,750,000 toneladas de bióxido de carbono y 140,000 toneladas de metano en los primeros 3 años de su operación. Es por ello que para minimizar las emisiones de metano y reducir los niveles de evaporación del agua, Brasil construirá la primera planta solar fotovoltaica en la represa de Balbina con una capacidad de 350 MW. Según el Ministerio de Minas y Energía de Brasil, sus embalses tiene la capacidad de albergar 15 GW de plantas fotovoltaicas flotantes. El costo de electricidad de la planta solar flotante rondará entre los 0.068 y $0.077 kWh. Lo que hace la planta situarse en un nivel comercial y competitivo. (VORRATH, 2015)

En Japón, ante la falta de tierras para desarrollar proyectos de energía solar a gran escala, la utilidad ha optado por instalar estas plantas en pequeños embalses. Hasta el momento, Japón tiene 5.2 MW instalados de energía solar fotovoltaicas de manera flotante (Ben Sharples, 2015).

Una instalación de energía solar flotante.

¿Cómo comparar el costo de las esferas con la energía solar fotovoltaica flotante?

Para comparar el costo de las esferas con la energía solar fotovoltaica flotante para la aplicación en embalses, es necesario llevar estas dos tecnologías a una misma unidad o indicador. Es por ello que lo expresaremos en unidad de costo por área o superficie que esta tecnología cubra (USD$/acre).

Según indicamos al principio, el estas esferas tienen un diámetro de unas 4 pulgadas y un costo por unidad de 36 centavos. Tomando en cuenta que las esferas se agruparán uniformemente, podemos calcular el área de proyección, o el área que las esferas van a cubrir en el embalse, nos resulta que un acre del embalse cubierto por estas esferas tiene un costo de USD $179,800.

La ciudad o el estado se vería beneficiando del embalse para producir energía mediante la instalación de energía solar

En los últimos años, en Estados Unidos, el precio de la energía solar fotovoltaica instalada ha disminuido considerablemente. Así lo muestra el último reporte anual del Laboratorio Nacional de Berkeley (Berkeley Lab); “Tracking the Sun”. Según el reporte, la media nacional de los sistemas solares instalados hasta el 2014, mayores de 500 kW, era de $2.8 por vatio ($/w) (Galen Barbose, 2015). Según el reporte por el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL), “Land-Use Requirements for Solar Power Plants in the United States” (Sean Ong, 2013), instalaciones de energía solar fotovoltaica ocupan un área de 5.8 acres por megavatio (MW). Tomando en cuenta estos datos, nos resulta que un acre del embalse cubierto por paneles solar tiene un costo de $482,750 USD.

Aunque el costo capital en el primer año por acre de una instalación solar fotovoltaica podría casi triplicar las esferas “shadeballs”, su aplicación no deja de ser superior a esta. A diferencia de las esferas, los paneles solares tienen una vida útil garantizada por el manufacturero de hasta un 80% de eficiencia de unos 25 años. Mientras que las esferas tienen que ser reemplazadas cada 10 años.

Considerando que ambas tecnologías podrían ser empleadas en un embalse por un periodo de 25 años, el costo capital de ambas serían muy similares. No obstante, la ciudad o jurisdicción se vería beneficiada del embalse para producir energía mediante la instalación de energía solar flotante. Esta podría ser una excelente alternativa para islas y/o territorios que tienen como prioridad el destino de sus terrenos para la agricultura en vez de para instalaciones de generación de electricidad y para países que estén buscando diversificar su matríz energética con más participación de la energía solar.

Luis Armando Pagan Quinones es profesional en las energías renovables y mercado energético. Tiene experiencia profesional en desarrollo de proyectos de energía renovable y eficiencia energética en Puerto Rico. Actualmente está cursando estudios doctorales en la Universidad de Massachusetts y es miembro activo del IGERT Offshore Wind Energy Program. Se está especializándo en la obtención de agua potable mediante sistemas de desalinización utilizando energía eólica marina. Síguenlo en Twitter: @LuisPaganEnergy.

Bibliografía

Ben Sharples, J. D. (2015). Can Solar Panels Help Solve California’s Drought? Obtenido de Bloomberg Business

Galen Barbose, N. D. (2015). Tracking the Sun VIII: The Installed Price of Residential and Non- Residential Photovoltaic Systems in the United States. Lawrence Berkeley National Laboratory.

Houssaye, M. d. (2015). Energy Collective. Obtenido de Methane’s Impact: An Under-Estimation of Global Significance

LADWP. (August de 2015). Obtenido de Los Angeles Department of Water and Power.

Mongabay.com. (s.f.). AMENAZAS PARA LOS RÍOS Y LAGOS TROPICALES.

Sean Ong, C. C. (2013). Land-Use Requirements for Solar Power Plants in the United States. National Renewable Energy Laboratory (NREL).

Vara-Orta, F. (June de 2008). Los Angeles Times. Obtenido de A reservoir goes undercover

VINCENT L. ST. LOUIS, C. A. (2000). Reservoir Surfaces as Sources of Greenhouse Gases to the Atmosphere: A Global Estimate. BioScience , 50 (9).

VORRATH, S. (31 de March de 2015). Brazil to install 350 MW floating solar array at hydro dam in Amazon. Obtenido de PV Magazine

Vorrath, S. (March de 2015). Floating solar plant set to be built in Australian first. Obtenido de RE New Economy