Solar flotant en dipòsits
La humanitat ja ha inundat més de 400.000 quilòmetres quadrats darrere de diques. Floating solar fa una pregunta senzilla: per què deixar tota aquesta aigua il·luminada pel sol buida?
Dietmar Rabich (CC BY-SA 4.0)
Una presa és una superfície gran, plana, oberta i assolellada, normalment ja connectada a carreteres, una xarxa i, en una presa hidroelèctrica, una línia elèctrica. La fotovoltaica flotant (FPV) posa panells solars ordinaris en flotadors de plàstic ancorats al fons o als bancs. Ha crescut d’un grapat de pilots a escala de kilowatt entre 2007 i 2013 a plantes de centenars de megawatts.
L’honest resum: **la solar flotant funciona, és comercial i només costa una mica més que la solar a terra; guanya on la terra és escassa o valuosa i on ja hi ha un dipòsit i una connexió a la xarxa. Els beneficis addicionals que es reclamen, panells més frescos i aigua estalviada, són reals però menors i menys ben mesurats del que suggereixen els fullets, i les tempestes i l’ecologia són els riscos oberts. **
Què és
Una planta solar flotant té quatre parts: els panells i inversors (el mateix que en terra), flots (normalment pontons de polietilè d’alta densitat que mantenen els panells a una inclinació baixa), passejos per al manteniment, i amarratges: cordes, cadenes i àncora o lligams de costa que mantenen l’illa en el seu lloc mentre els nivells d’aigua pugen i cauen i el vent la pressiona. Els cables corren al llarg dels flotadors a un inversor al banc o en una plataforma flotant.
La majoria de les plantes es troben en aigua artificial: hidroelèctriques i dipòsits d’aigua potable, estanys d’irrigació, pedreres inundades i pous miners, llacunes d’aigües residuals. La solar flotant prop de la costa i en alta mar és una variant més nova i molt més difícil. El Informe del mercat del Banc Mundial Hi ha més de 400.000 km² de dipòsits artificials a tot el món.
Com funciona
Els mateixos panells, la mateixa llum del sol. Un panell flotant produeix electricitat exactament com ho fa en un sostre o un camp: la potència és aproximadament P = η × A × G, eficiència vegades àrea vegades llum del sol. El que canvia és l’entorn.
Refrigeració. Els panells perden aproximadament el 0,4% de la seva producció per cada grau que s’escalfen per sobre dels 25 °C (vegeu PV-tèrmic per a la física). La temperatura d’un panell es determina per un equilibri: la llum del sol l’escalfa i el vent i la radiació la refreden. Els enginyers escriuen això com T_module = T_air + G / U, on U és el coeficient de pèrdua de calor en watts per metre quadrat per kelvin. Sobre l’aigua, l’aire és més fresc i humit, i en dissenys oberts la part posterior del panell veu la superfície de l’aigua. Les proves de camp van trobar que els millors dissenys flotants es van elevar U fins a 22 W / m²K en comparació amb els sistemes de referència, van fer panells 3.2 ° C més freds als Països Baixos i 14.5 ° C més freds (en comparació amb un sistema de terrat) a Singapur, i van donar fins a un 3% i un 6% més d’energia a l’any (Dörenkämper et al., 2021). Els dissenys on els flotadors cobreixen l’aigua sota els panells guanyen molt menys.
Evaporació. Els panells fan ombra a l’aigua i frenen el vent sobre ella, de manera que se n’evapora menys. En els dipòsits calents i secs això pot importar tant com l’electricitat: Jin i col·legues estimen 106 km³ per any estalviat en el seu escenari del 30%, modelat més que mesurat.
Potència per hectàrea. Els panells flotants solen estar a una inclinació baixa i estan ben empaquetats, de manera que una hectàrea d’aigua té aproximadament tanta capacitat com una hectàrea de terra, al voltant d’1 MW, i produeix energia similar. Cirata a Indonèsia té 192 MWp en unes 200 hectàrees (Jakarta Post, 2023).
Híbrid amb energia hidroelèctrica. En un embassament d’energia hidroelèctrica, la solar pot utilitzar la mateixa connexió a la xarxa i permetre que la presa retingui l’aigua en dies assolellats per alliberar-la de nit: el reservori es converteix en una bateria per a la planta solar.
Els límits
Teòric. La flotació no canvia la llum del sol: un panell flotant fa, com a molt, uns quants per cent més que el mateix panell en terra. El potencial global és gran però limitat per la quantitat de cada reserva que es pot cobrir sense danyar-la. L’estudi de Jin et al. limita cada reserva al 30% i 30 km².
Pràctic.
- Vent, onades i nivells d’aigua. Els amarratges han de sostenir una illa de panells durant les tempestes i els nivells d’aigua que poden oscil·lar per desenes de metres. A l’abril de 2024 una tempesta amb vents d’uns 50 km/h va danyar greument la planta Indawadi de 88 MW acabada de completar, part del parc solar flotant Omkareshwar a l’Índia (Times of India, 2024).
- Cost. Els flotadors, les ancores i les connexions de grau marítim costen més que els marcs de terra; la prima de referència dels EUA és d’un 25% (Ramasamy i Margolis, 2021).
- Manteniment. A tot s’hi arriba en vaixell o per passarel·la; els excrements d’ocells, les algues i la bioincrustació necessiten neteja; la seguretat elèctrica prop de l’aigua necessita atenció.
- Ecologia. Cobrir l’aigua redueix la barreja de llum i vent. Una revisió sistemàtica va trobar possibles efectes sobre la temperatura de l’aigua, l’oxigen, les algues i els peixos; les parts interessades van valorar la reducció de l’evaporació com la major oportunitat i els canvis en la química de l’aigua, inclosa la desoxigenació, com la major amenaça. Només el 15% dels operadors enquestats havien provat la qualitat de l’aigua (Exley et al., 2021).
- Altres usuaris. Les empreses d’aigua potable, els barquers, els pescadors i les reserves naturals tenen una veu sobre la superfície.
Projectes reals, mesurats
| Projecte | Què és | El que es va mesurar o informar | Font |
|---|---|---|---|
| Llocs de prova fotovoltaics flotants als Països Baixos i Singapur | Diversos dissenys flotants al costat de la terra i sistemes de referència en els terrats, amb sensors de temperatura i irradiància | Millors sistemes flotants 3,2 °C (Països Baixos) i 14,5 °C (Singapur) més freds, ponderats per la llum solar; coeficient de pèrdua de calor fins a 22 W/m²K més alt; fins a un 3% i un 6% més de rendiment | Dörenkämper et al., 2021 |
| Reservoir Tengeh, Singapur (2021) | 60 MWp en un dipòsit d’aigua potable gestionat per l’agència nacional de l’aigua | S’obrirà el juliol de 2021 com una de les plantes flotants interiors més grans del seu temps | Straits Times, 2021 |
| Cirata, Java occidental, Indonèsia (2023) | 192 MWp, uns 340.000 panells, en un dipòsit hidroelèctric | S’esperava abastir unes 50.000 llars; es va informar d’un cost de prop de $100 milions (producció esperada, encara no publicada independentment) | Jakarta Post, 2023 |
| Omkareshwar, Madhya Pradesh, Índia (2024) | Diverses plantes en les aigües de la presa, incloent 88 MW a Indawadi | A storm in April 2024 caused “major loss” to panels a week after the Indawadi plant began operating | Times of India, 2024 |
| Mercat mundial | Des d’uns 1,1 GW a mitjans de 2018 fins a uns 13 GW el 2022, principalment a Àsia | Estimacions de la indústria | Banc Mundial, 2018; Bloomberg, 2023 |
Com va dir l’informe del Banc Mundial, els avantatges de rendiment “encara han de ser confirmats per instal·lacions més grans, a través de múltiples geografies i al llarg del temps”. Els grans operadors rarament publiquen els rendiments mesurats, la qualitat de l’aigua o els danys causats per les tempestes, que és el major buit en l’evidència.
Quant costa
| Opció | Cost | Any i font |
|---|---|---|
| Flotant PV, 10 MW, Estats Units | $1.29 per W installed against $1.03 en terra; cost de l’electricitat aproximadament $0.057 per kWh against $0.047 en terra (sense crèdits fiscals) | 2021, NREL, Ramasamy i Margolis |
| Planta fotovoltaica flotant, 50 MW genèric | 5,6 cèntims d’euro per kWh contra 5,0 en terra a una taxa de descompte del 7%; cost de capital $0.8 to $1,2 per W el 2018 | 2018, Banc Mundial, SERIS |
| Solar a escala de servei públic en terra, Estats Units | $0.04 to $0.10 per kWh | Juny 2026, Lazard LCOE+ versió 19 |
| Benchmark: solar en un edifici | about $0.19 per kWh, central | el nostre model de paret de ventiladors |
| Solars comercials i comunitaris als terrats, Estats Units | $0.09 to $0.20 per kWh | Juny 2026, Lazard |
El que diu la taula: El solar flotant costa entre un 10 i un 20% més per kWh que el solar a terra, i molt menys que el solar en un sostre típic. Quan la terra és cara, protegida o simplement no està disponible prop de la xarxa, aquesta prima és petita. L’estudi NREL va trobar costos més sensibles al preu dels flotadors, càrregues de vent i neu, i eficiència del mòdul.
On pot guanyar, i on no pot
Pot guanyar:
- Països i illes plens on la terra és escassa: Singapur, Japó, Corea del Sud, els Països Baixos, gran part del sud i el sud-est d’Àsia.
- Reservoirs hidroelèctrics, on existeix la connexió a la xarxa i l’aigua es pot retenir mentre brilla el sol.
- Canteres inundades, pous de mineria i estanys industrials que no tenen cap altre ús.
- Regions calentes i seques on l’aigua perduda per evaporació és cara i el guany de refrigeració és més gran.
- Serveis d’aigua que poden alimentar el seu propi bombament i tractament des dels seus propis dipòsits.
No pot guanyar:
- On la terra és barata i abundant. Una granja solar en terra seca serà normalment més barata i senzilla.
- En llacs rics en vida salvatge o utilitzats per a la recreació, a no ser que l’evidència ecològica digui que una petita cobertura és inofensiva.
- En aigua exposada i tempestosa sense costosos amarratges, i en alta mar sense un salt en enginyeria.
- Com una gran nova font d’aigua. Els estalvis per evaporació són reals però modelats; ajuden, però no creen un nou riu.
El que és provat, plausible i especulatiu
Provat: que es poden construir i operar plantes flotants de centenars de megawatts; que costen una mica més que les solars a terra ferma; que la refrigeració per aigua afegeix un petit percentatge al rendiment en dissenys oberts; que les tempestes poden danyar plantes mal amarrades.
Plausible: que cobrir una part moderada dels reservoris pot reduir substancialment l’evaporació, tal com es modela; que l’operació combinada de solar i hidroelèctrica afegeix valor utilitzant el reservori com a emmagatzematge; que l’ombra pot reduir les flors d’algues nocives en alguns reservoris.
Especulatiu: que el potencial global en milers de terawat-hores és pràctic una vegada que s’han comptat l’ecologia, l’ús de l’aigua i les xarxes; el comportament a llarg termini (25 anys) dels flotadors i amarratges a la llum del sol i l’aigua; que l’energia solar flotant en mar obert pot ser assequible.
Preguntes obertes de recerca
- Què fa una cobertura del 10, 30 o 50% a l’oxigen, la estratificació de la temperatura, les algues i els peixos en diferents tipus de llacs, mesurats al llarg dels anys?
- Quanta evaporació s’estalvia en la pràctica, mesurada amb balanços d’aigua més que no pas models?
- Quant de temps duren els flotadors a la llum ultraviolada, i llancen microplàstics o productes químics a l’aigua potable?
- Quins dissenys d’amarratge sobreviuen a tempestes extremes i grans oscil·lacions del nivell de l’aigua a un cost raonable?
- Com es pot fer funcionar l’energia solar i l’hidroelèctrica junts de manera que ambdues guanyin més?
El que necessitaria un prototip de treball
Per a una nova idea flotant (un millor flotador, amarratge, mètode de refrigeració o disseny ecològic), un model de treball és un petit array en aigua real, mesurat al costat d’una referència basada en terra.
| Fase | Treball | El que prova | Cost aproximat | Hora |
|---|---|---|---|---|
| 0. Design study | Càrregues del vent, les onades i el nivell de l’ aigua, disseny de flotadors i amarratges, model tèrmic senzill | El disseny sobreviu a les tempestes del lloc en paper | $10k to $30k | 2 a 3 mesos |
| 1. Prova de la balsa | 5 a 20 kW en un estany o dipòsit al costat d’un conjunt de terra idèntic, temperatures del mòdul, sortida, dades del vent i l’aigua, un any | Guany de rendiment mesurat, temperatures, desgast primerenc | $40k to $120k | 12 mesos |
| 2. Ecology and durability | Mostratge de la qualitat de l’aigua sota i fora del raft, envelliment del flotador i càrregues d’amarratge durant una temporada de tempestes | Efectes ambientals i supervivència | $50k to $150k | 1 a 2 anys (superposats) |
| 3. Pilot plant | 0,5 a 2 MW amb propietari de la presa, permisos, connexió a la xarxa | Un disseny que val la pena | depèn de la mida | 1 a 2 anys |
Les fases 0 a 2 costaven aproximadament $100,000 to $300.000. Aquests són els nostres estalvis, no cotitzacions.
Qui necessitem
- Arquitecte naval o enginyer marítim per flotadors, amarratges i càrregues de tempesta.
- Enginyer de sistemes fotovoltaics per al disseny elèctric i la seguretat prop de l’aigua.
- Limnòleg (ecòleg d’aigua dolça) per dissenyar la qualitat de l’aigua i el control de la fauna.
- Hidrologia per mesurar l’evaporació i el balanç hídric.
- Propietari de la presa o servei d’aigua disposat a allotjar una balsa de prova.
- Especialista en polímers per provar l’envelliment i la lixiviació del flotador.
Tens una idea millor?
Potser tens un flotador més barat, un amarratge més intel·ligent, un disseny que refreda millor els panells o un que protegeix la vida d’un llac. Alguns membres de la Fundació Local Solar System poden tenir contactes que podrien escoltar un pitch per a una idea d’energia forta. Per ser llançada, una idea necessita un model de treball, real que realment produeixi energia, mesurada en un instrument, no reclamada. Les idees en paper també són benvingudes: si la física i els números són sòlids, les podem publicar aquí al lloc web. Recaptar capital sense un model de treball és molt difícil, i no podem prometre finançament, rendibilitat o introduccions.
Per a l’energia solar flotant, la mesura més barata que compta com un model de treball és una petita balsa de panells en un estany al costat d’un conjunt idèntic a terra, ambdós mesurats, amb les temperatures del mòdul registrades durant almenys un estiu. Això mostra si el guany de refrigeració és real per al vostre disseny. Envieu-la a través del formulari de contribució, i compareu-la amb altres idees al radar d’idees. Pàgines relacionades: agrovoltaics comparteix terres agrícoles en lloc d’aigua, i pequenya i en canonada hidroelèctrica pren energia de l’aigua que ja està fluint.
Fonts
- Jin, Y., Hu, S., Ziegler, A.D. et al. (2023). Producció d’energia i estalvi d’aigua a partir de flotants solars fotovoltaics en reservoris globals. Nature Sustainability 6, 865-874. (anglès).
- Dörenkämper, M., Wahed, A., Kumar, A. et al. (2021). The cooling effect of floating PV in two different climate zones: a comparison of field test data from the Netherlands and Singapore (en anglès). Solar Energy 214, 239-247..
- Ramasamy, V. i Margolis, R. (2021). Referència de cost del sistema fotovoltaic flotant: instal·lacions Q1 2021 en cossos d’aigua artificials. NREL/TP-7A40-80695.
- World Bank Group, ESMAP i SERIS (2018). Where sun meets water: floating solar market report, executive summary (en anglès).
- Exley, G., Hernandez, R.R., Page, T. i col·legues. (2021). Avaluació científica i basada en evidències: resposta de l’ecosistema a la fotovoltaica solar flotant i implicacions per a la sostenibilitat. Renovable and Sustainable Energy Reviews 152, 111639. (anglès).
- Ember (2025). Revisió de l’electricitat global 2025: fonts baixes en carboni 40,9% (12.609 TWh) de l’electricitat mundial el 2024, implicant un total d’uns 30.800 TWh.
- Chong, C. (2021). La primera granja solar flotant a gran escala de Singapur s’obre al dipòsit de Tengeh. The Straits Times, 14 July 2021.
- AFP (2023). Jokowi inaugura la granja solar flotant més gran del sud-est asiàtic. The Jakarta Post, 9 novembre del 2023.
- Times of India (2024). Tempesta danya la planta solar flotant més gran del món a Madhya Pradesh, 12 d’abril de 2024.
- Bloomberg (2023). Floating solar panels turn old industrial sites into green energy goldmines, 3 d’agost de 2023.
- Lazard (juny de 2026). Levelized Cost of Energy+, versió 19.
- Local Solar System Foundation (2020, model actualitzat 2026). The Fan Wall: model obert, punt de referència solar del terrat.
- Harvey, pàg. (2016). La granja solar flotant més gran del món s’encendrà fora de Londres. The Guardian, 29 de febrer de 2016; dades resumides a Wikipedia, Queen Elizabeth II Reservoir.