Pushing the Frontiers for Floating Solar Photovoltaics -- The Case for South America

Este estudio propone un marco tecno-socioeconómico que demuestra que los sistemas de Fotovoltaica Flotante (FSPV) en América del Sur ofrecen una solución eficiente en el uso de la tierra y competitiva en costos para el acceso a la energía y la seguridad hídrica, con un potencial significativo para la coubicación con la hidroelectricidad y centros de datos de IA en países como Nicaragua, Honduras y Guyana.

Lo esencial

Imagina a Sudamérica como un gigantesco jardín bañado por el sol que se está quedando sin espacio para plantar nuevos paneles solares. Normalmente, para construir una granja solar, necesitas despejar acres de tierra, lo que puede entrar en conflicto con granjas, bosques o vecindarios. Pero este jardín tiene un arma secreta: está lleno de enormes lagos y embalses.

Este artículo argumenta que, en lugar de luchar por la tierra, deberíamos convertir estos lagos en granjas solares. Los autores lo llaman Fotovoltaica Solar Flotante (FSPV, por sus siglas en inglés). Piensa en ello como poner una balsa gigante de paneles solares sobre un lago, en lugar de pavimentar un campo.

Aquí tienes el desglose sencillo de lo que encontró el estudio, utilizando analogías cotidianas:

1. La ventaja de los "Bienes Raíces": El agua es más barata que la tierra

En muchas partes del mundo, la tierra es cara y está congestionada. El artículo compara a Sudamérica con un mercado inmobiliario donde la "propiedad frente al mar" es sorprendentemente el mejor trato.

• La afirmación: Cuando observas cuánta electricidad se puede generar por milla cuadrada de agua, Sudamérica es la campeona mundial. Tiene el mayor potencial de cualquier continente.
• La analogía: Imagina que estás intentando montar un puesto de limonada. En Asia, tienes que alquilar una esquina concurrida en una calle (tierra cara). En Sudamérica, puedes montar tu puesto en una giant balsa gratuita flotando en un lago tranquilo. El sol golpea la balsa con la misma fuerza, pero no tienes que pagar por el suelo que hay debajo.

2. El "Efecto de Enfriamiento": El lago es un aire acondicionado natural

Los paneles solares odian pasar calor. Cuando se calientan, se ponen gruñones y producen menos electricidad (como un corredor que se ralentiza debido al calor).

• La afirmación: El agua debajo de los paneles flotantes actúa como un aire acondicionado natural. Mantiene los paneles más frescos que los paneles situados en el suelo caliente.
• El resultado: Debido a que se mantienen frescos, los paneles flotantes trabajan más duro. El estudio encontró que producen aproximadamente un 5% a 6% más de electricidad que los mismos paneles situados en tierra bajo el mismo clima. Es como la diferencia entre correr una carrera en una brisa fresca frente a correr en una habitación calurosa y húmeda.

3. Los Casos de Estudio: Probando las balsas en tres países

Los autores no solo hablaron de teoría; construyeron modelos digitales de granjas solares en tres lugares específicos para ver cómo rendirían:

• Nicaragua (Lago Xolotlán y Lago Cocibolca): Estos son lagos enormes cerca de las ciudades. El estudio mostró que colocar balsas solares aquí generaría una cantidad masiva de energía, especialmente durante la estación seca, cuando el sol es más fuerte.
• Honduras (Presa El Cajón): Esta es una presa hidroeléctrica. Los autores proponen un sistema "Híbrido". Imagina que la presa ya tiene cables y torres para enviar electricidad a la ciudad. Puedes simplemente añadir los paneles solares flotantes al agua justo al lado de la presa y usar los mismos cables. Esto ahorra muchísimo dinero porque no necesitas construir nuevas carreteras ni líneas eléctricas.
• Guyana (Grupo de lagos Capoey): Esta zona está siendo analizada para un uso muy moderno: alimentar Centros de Datos de IA. Estos son almacenes de computadoras gigantes que necesitan una cantidad infinita de electricidad y refrigeración. El artículo sugiere colocar energía solar flotante justo al lado de estos centros. El agua enfría los paneles solares y los paneles solares alimentan las computadoras, creando una "isla tecnológica" autosustentable.

4. La charla sobre el dinero: ¿Vale la pena?

Construir energía solar flotante cuesta más inicialmente que construir en tierra porque se necesitan balsas flotantes especiales y cables submarinos.

• El inconveniente: Cuesta aproximadamente un 13% más de construir inicialmente.
• La recompensa: Debido a que los paneles funcionan mejor (están más frescos) y ahorras dinero en tierra, el proyecto genera dinero más rápido a largo plazo.
• El "Bono de la Presa": El estudio encontró que si construyes en una presa (como en Honduras) y utilizas las líneas de energía existentes, el costo baja tanto que se convierte en una de las formas más baratas de generar electricidad en el mundo, incluso más barato que las granjas solares en tierra.

5. La "Doble Victoria": Ahorrando agua y aire

• Agua: Los paneles solares flotantes actúan como un paraguas. Dan sombra al agua, evitando que se evapore bajo el sol intenso. En regiones áridas, esto ahorra una cantidad masiva de agua dulce (hasta un 60% menos de evaporación).
• Aire: Al reemplazar la electricidad que se produciría quemando petróleo o gas, estas granjas flotantes detienen la contaminación. El estudio calculó que por cada unidad de energía generada en la presa de Honduras, se podrían evitar toneladas de dióxido de carbono y otros gases que forman el smog.

6. Los Obstáculos: No es un viaje sin contratiempos

El artículo es honesto sobre los desafíos. Poner electrónica en el agua es complicado:

• Aguas agitadas: Las olas grandes y los vientos fuertes pueden estresar las balsas flotantes. Deben construirse como barcos, no solo como simples balsas.
• Naturaleza y Personas: Si un lago se utiliza para la pesca o el turismo, poner una gigante balsa solar allí podría bloquear a los pescadores o arruinar la vista. El artículo advierte que no se pueden soltar estas balsas en cualquier lugar; hay que hablar con las comunidades locales y asegurarse de que no están bloqueando sus medios de vida.

Resumen

El mensaje principal del artículo es simple: Sudamérica tiene una oportunidad de oro. Tiene enormes lagos, mucho sol y una necesidad de energía limpia. Al convertir estos lagos en granjas solares flotantes, la región puede generar más electricidad, ahorrar agua y reducir costos, especialmente si construye estas granjas junto a presas existentes o centros de datos. Es una forma de usar el agua que ya tenemos para alimentar nuestro futuro, sin ocupar más tierra.

Resumen técnico

Resumen Técnico: Impulsando las Fronteras de la Fotovoltaica Flotante – El Caso de América del Sur

Planteamiento del Problema
El acceso a una electricidad fiable, asequible y sostenible sigue siendo una barrera crítica para el desarrollo en muchas regiones, particularmente dentro de comunidades marginadas y geográficamente aisladas. Si bien la tecnología solar fotovoltaica (FV) es un pilar de la transición energética global, los sistemas convencionales de montaje en tierra enfrentan restricciones significativas en América Latina y el Caribe (ALC). Estas incluyen conflictos de uso de suelo con la agricultura y el desarrollo urbano, la fragmentación de la propiedad de la tierra y la degradación térmica de los módulos en climas tropicales. Además, muchas naciones de ALC dependen fuertemente de la hidroelectricidad, lo que hace que sus redes sean vulnerables a la variabilidad climática y las sequías. Aunque los sistemas de Fotovoltaica Flotante (FSPV) ofrecen una vía para utilizar superficies de agua subutilizadas, evitar conflictos de tierras y proporcionar beneficios de enfriamiento, su despliegue en América del Sur sigue siendo limitado en comparación con Asia. Existe una falta de marcos tecno-socioeconómicos integrados que evalúen el potencial de la FSPV específicamente dentro de los diversos contextos energéticos de las naciones de América del Sur, particularmente en lo que respecta a la integración híbrida hidro-FSPV y la comparación de rendimiento frente a los sistemas terrestres.

Metodología
Este estudio desarrolla un marco tecno-socioeconómico integrado para evaluar el despliegue de FSPV en cuerpos de agua seleccionados en Nicaragua, Honduras y Guyana. La metodología comprende:

1. Evaluación de Recursos: Identificación de cuerpos de agua representativos (el Lago Xolotlán y el Lago Cocibolca en Nicaragua; el Lago de Yojoa y la Presa El Cajón en Honduras; y el clúster de Lake Capoey–Mainstay–Tapakuma en Guyana) basados en el área superficial, la accesibilidad y la conectividad a la red.
2. Simulación Técnica: Modelado detallado de sistemas FSPV que van desde 50 MW hasta 398 MW. El análisis incluye la arquitectura del sistema eléctrico (subestaciones colectoras, configuraciones de cables y dimensionamiento de inversores), cálculos de la relación de rendimiento y simulaciones de la producción anual de energía bajo condiciones climáticas específicas del sitio.
3. Análisis Comparativo: Comparación directa del rendimiento de la FSPV frente a sistemas fotovoltaicos terrestres (LBPV) equivalentes bajo perfiles climáticos regionales idénticos para aislar el impacto del enfriamiento por agua y la reducción de la suciedad (soiling).
4. Evaluación Tecno-Económica: Cálculo del Costo Nivelado de la Energía (LCOE), el Valor Presente Neto (VPN), la Tasa Interna de Retorno (TIR) y los periodos de recuperación de la inversión. El estudio distingue entre instalaciones FSPV independientes y configuraciones híbridas hidro-FSPV que aprovechan la infraestructura hidroeléctrica existente.
5. Análisis de Casos de Uso Especiales: Examen de la colocación de FSPV junto a centros de datos de IA (Guyana) y embalses hidroeléctricos (Honduras), incluyendo cálculos de desplazamiento de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI).
6. Revisión de Políticas: Síntesis de las políticas de energía renovable de Argentina, Brasil y Chile para derivar lecciones habilitadoras para la región.

Contribuciones Clave

• Cuantificación del Potencial Regional: El estudio establece que América del Sur posee el mayor potencial de generación FSPV normalizado del mundo, estimado en aproximadamente 38.26 TWh por millón de acres de superficie de agua, superando significativamente a Asia (18.15 TWh) y África (11.59 TWh).
• Marco Integrado: Proporciona un modelo de evaluación unificado que combina la disponibilidad de recursos, el rendimiento técnico, el análisis comparativo con LBPV, la integración hidroeléctrica y la viabilidad de despliegue para la región de ALC.
• Benchmarking de Rendimiento: A través de estudios de caso detallados, el documento cuantifica las ventajas operativas de la FSPV, demostrando mayores rendimientos de energía y factores de capacidad en comparación con los sistemas terrestres debido al efecto de enfriamiento pasivo del agua.
• Viabilidad Económica: El estudio presenta modelos financieros tanto para configuraciones independientes como híbridas, destacando cómo la infraestructura compartida en los sistemas hidro-FSPV puede reducir drásticamente los gastos de capital (CAPEX).
• Impacto Ambiental: Cuantifica el potencial de reducción de GEI, estimando específicamente los desplazamientos de emisiones de CO2, NOx y SO2 cuando la FSPV desplaza la generación de combustibles fósiles en escenarios híbridos.

Resultados

• Rendimiento Energético y Eficiencia: Los sistemas FSPV simulados en los sitios seleccionados alcanzaron rendimientos anuales de energía de entre 1,950 y 2,140 kWh/kW, con factores de capacidad de CC superiores al 20%.
  • Lago Xolotlán (Nicaragua): Un sistema de 50 MW produjo 2,265 kWh/kW con un factor de capacidad del 25.9%.
  • Lago Cocibolca (Nicaragua): Un sistema de 50 MW produjo 2,082 kWh/kW con un factor de capacidad del 23.8%.
  • Lago de Yojoa (Honduras): Un sistema de 50 MW produjo 2,075 kWh/kW con un factor de capacidad del 23.7%.
  • Presa El Cajón (Honduras): Un sistema de 398 MW produjo 2,065 kWh/kW con un factor de capacidad del 23.6%.
  • Lake Capoey–Mainstay–Tapakuma (Guyana): Un sistema de 95 MW produjo 2,144 kWh/kW con un factor de capacidad del 24.5%.
• Desempeño Comparativo: En todos los casos de estudio, los sistemas FSPV superaron a los sistemas LBPV equivalentes en un 5% a 6% en la producción anual de energía de CA, gracias a la reducción de las pérdidas térmicas y de suciedad.
• Métricas Económicas:
  • Independiente (Lago Managua, Nicaragua): El sistema FSPV de 50 MW mostró un LCOE de $0.0476/kWh, una TIR del 24.1% y un periodo de recuperación descontado de 5.1 años. Aunque el CAPEX fue un 13.3% superior al de LBPV ($1,500/kW frente a $1,324/kW), el mayor rendimiento energético resultó en un VPN un 13.8% más alto.
  • Híbrido (El Cajón, Honduras): El sistema de 398 MW co-ubicado con hidroeléctrica demostró una reducción de CAPEX de aproximadamente el 37% (a $950/kW) debido al uso compartido de subestaciones e infraestructura de transmisión. Esto resultó en un LCOE altamente competitivo de $0.045/kWh, una TIR del 22.1% y un periodo de recuperación descontado de 5.6 años.
• Impacto Ambiental: En el sitio de El Cajón, se estimó que el despliegue de FSPV para desplazar el 25% de la generación de combustibles fósiles reduciría las emisiones en aproximadamente 130.2 toneladas de CO2, 2.2 toneladas de NOx y 2.6 toneladas de SO2 por MW de generación desplazada.
• Casos de Uso Especiales:
  • Centros de Datos de IA: El estudio destaca el potencial de los sistemas FSPV acoplados en CC y los sistemas de almacenamiento de baterías para proporcionar energía detrás del medidor a los centros de datos, abordando la congestión de la red y ofreciendo una fuente de energía renovable en áreas ricas en agua como Guyana.
  • Integración Hidroeléctrica: La co-ubicación con embalses hidroeléctricos permite compartir la infraestructura de transmisión y mejorar la flexibilidad de la red, conservando el agua durante los periodos de alta generación solar.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo sostiene que la FSPV representa una solución escalable y técnicamente viable para expandir el acceso a la energía limpia en América del Sur, particularmente para las comunidades marginadas y las regiones con escasez energética. Al utilizar cuerpos de agua existentes, la FSPV elude los conflictos de uso de suelo y aprovecha el efecto de enfriamiento del agua para mejorar la eficiencia del sistema en climas tropicales. El estudio enfatiza que las configuraciones híbridas hidro-FSPV ofrecen una ventaja económica distintiva al utilizar la infraestructura hidroeléctrica existente, lo que reduce el LCOE y acelera el despliegue. Además, el marco propuesto sirve como una hoja de ruta para que los responsables políticos e inversores aceleren la adopción de la FSPV, fortalezcan el nexo agua-energía y apoyen la transición hacia sistemas energéticos bajos en carbono en alineación con el Objetivo de Desarrollo Sostenible 7 (ODS7). Los autores afirman que, si bien existen desafíos relacionados con la degradación de materiales, los impactos ecológicos y la aceptación social, los beneficios tecno-económicos proporcionan un argumento sólido para priorizar la FSPV en la estrategia energética de la región.