Energía solar de doble uso: Qué es y cómo puede ayudar a aliviar las tensiones entre el despliegue de energías limpias y el uso del suelo
Lograr la descarbonización mundial requiere el despliegue rápido y generalizado de infraestructuras energéticas limpias, un conjunto diverso de tecnologías y soluciones innovadoras.
La energía solar es un activo clave en la transición hacia una electricidad limpia y libre de carbono, con potencial para representar casi la mitad de la generación eléctrica de Estados Unidos en 2050. Sin embargo, se calcula que el terreno necesario para albergar estos proyectos solares equivale al 0,5% de todo el suelo de Estados Unidos . Aunque no parezca mucho, encontrar un espacio adecuado que no afecte a tierras, hábitats y cursos de agua protegidos y que cuente con el apoyo de las comunidades locales puede ser todo un reto. La energía solar es cada vez más difícil de ubicar, con una creciente oposición de la comunidad motivada por preocupaciones como la invasión de tierras agrícolas de primera calidad, los cambios estéticos en los entornos locales y los impactos en los ecosistemas. Las soluciones que aborden estas preocupaciones y maximicen la eficiencia del uso del suelo serán valiosas, sobre todo cuando el desarrollo solar tradicional no se adapte al contexto local.
La energía solar de doble uso, es decir, la ubicación conjunta de la energía solar con otro uso del suelo, es una de esas soluciones en ciernes. Tiene el potencial de proporcionar beneficios medioambientales, sociales y económicos añadidos, al tiempo que mitiga las preocupaciones de la comunidad en relación con el desarrollo solar tradicional. A pesar de su escasa implantación, la perspectiva de la energía solar de doble uso se presenta en la industria y en el mundo académico como una innovación beneficiosa para todos que maximiza las ventajas potenciales y reduce las dificultades de la ubicación de la energía solar convencional a escala comercial.
Hay tres ejemplos diferentes de energía solar de doble uso, cada uno con sus propias oportunidades, retos y casos de uso óptimo.
1. Agrivoltaics
La agrivoltaica implica la ubicación conjunta de algún tipo de actividad agrícola con paneles solares, ya sea montando los paneles encima o intercalándolos directamente con la producción agrícola o el pastoreo del ganado.1 Aunque algunas definiciones de agrivoltaica incluyen actividades no agrícolas con beneficios para el ecosistema, como el crecimiento del hábitat de los polinizadores, categorizamos estas actividades por separado como energía solar basada en los servicios del ecosistema. Como se explica a continuación, las configuraciones de servicios ecosistémicos para la energía solar de doble uso difieren significativamente en cuanto a los requisitos del sistema y el mantenimiento en comparación con la energía solar ubicada junto con actividades agrícolas de cultivo y ganaderas.
La investigación existente sobre agrivoltaics destaca numerosas sinergias potenciales entre las actividades agrícolas y los paneles solares. En la ubicación conjunta con cultivos, los paneles solares ofrecen sombra que alivia el estrés térmico, optimiza las condiciones de luz y reduce la evaporación del agua del suelo, lo que puede aumentar el rendimiento de los cultivos, reducir el uso de agua para riego y ampliar las temporadas de cultivo, especialmente en zonas áridas o propensas a la sequía. En el contexto de la ubicación conjunta del ganado, los paneles sirven como fuentes de sombra y cobijo, reduciendo eficazmente el estrés térmico de los animales. El pastoreo del ganado bajo los paneles también puede reducir la necesidad de siega y aumentar el ciclo de nutrientes, lo que a su vez mejora la salud del suelo.
Aunque las investigaciones sugieren que la agrivoltaica puede ofrecer múltiples beneficios, la tecnología está aún en sus primeras fases de implantación. La complejidad de los emplazamientos agrivoltáicos crea importantes barreras técnicas para el despliegue de proyectos a escala comercial, ya que requieren un mayor espaciado entre las filas de paneles y una mayor altura de los paneles que los tradicionales, así como modificaciones para el riego, la tensión del viento, el ganado y la seguridad de los trabajadores, ninguno de los cuales es actualmente la norma del sector. Por ejemplo, puede ser necesario ajustar los paneles para que los trabajadores agrícolas puedan atender los cultivos y permitir el acceso de los equipos y la maquinaria agrícola. Como resultado, las instalaciones actuales se limitan a proyectos experimentales a pequeña escala que se enfrentan a importantes retos de diseño del emplazamiento, requisitos de alto coste y un riesgo añadido para los promotores, especialmente en comparación con la energía solar convencional montada en el suelo.
Los cultivos que toleran la sombra, como las verduras de hoja verde y las hortalizas de raíz, son los más adecuados para la ubicación conjunta, pero su idoneidad depende en gran medida del contexto local y del diseño del emplazamiento. En cuanto a la ubicación conjunta con animales de pasto, el ganado ovino ha demostrado ser el más compatible, aunque el sector ovino de Estados Unidos no está bien posicionado para que el pastoreo de ovejas se amplíe rápidamente. En la actualidad, este sector sólo representa el 1% de los ingresos de la industria ganadera nacional. El despliegue a gran escala de emplazamientos solares con pastoreo de ovejas requeriría la formación de una nueva generación de pastores, la ampliación de los apoyos asociados a la industria y el aumento del tamaño de los rebaños existentes.
En resumen, los proyectos de energía solar agrivoltaica son adecuados para la energía solar a pequeña escala, un conjunto limitado de tipos de cultivos, ganado especializado y condiciones climáticas específicas. Sin avances significativos en el diseño y el coste de los proyectos a escala comercial, el despliegue de la agrivoltaica se limitará probablemente a nichos de mercado y puede ser más útil allí donde el desarrollo de la energía solar convencional a escala comercial no sea práctico o posible. Aunque la agrivoltaica puede no ser escalable, las oportunidades de beneficio añadido que ofrece este tipo de solución creativa demuestran el potencial de maximizar el impacto positivo de los proyectos de energía limpia.
2. Energía solar basada en los servicios ecosistémicos
La energía solar basada en los servicios de los ecosistemas, a veces denominada "ecovoltaica", consiste en colocar la energía solar junto con vegetación no destinada a la producción agrícola. Estas configuraciones pueden generar una serie de beneficios medioambientales, sociales y económicos, al tiempo que mitigan el impacto local del desarrollo solar. La plantación de vegetación autóctona u otra cubierta vegetal especializada puede proporcionar servicios ecosistémicos de restauración del suelo, secuestro de carbono, gestión del agua, mitigación del polvo, control de la erosión, hábitat de polinizadores y hábitat para otras especies de aves o fauna silvestre. Es posible que los procesos locales de concesión de permisos ya exijan prácticas que mitiguen el impacto ambiental. Sin embargo, acciones más específicas podrían no sólo mitigar los impactos potenciales, sino también proporcionar beneficios ambientales añadidos. Al igual que otros sistemas de doble uso, hay costes iniciales adicionales y modificaciones necesarias en comparación con la energía solar tradicional, pero las alteraciones son a menudo menos significativas que para la agrivoltaica y se pueden trabajar en los desarrollos solares existentes. Además, se ha comprobado que los costes de funcionamiento y mantenimiento de los sistemas solares con cubiertas vegetales autóctonas o perennes son significativamente inferiores a los del césped o las cubiertas vegetales convencionales.
Hasta la fecha, la energía solar basada en servicios ecosistémicos es también la forma de doble uso más extendida en Estados Unidos. Un estudio de los emplazamientos solares existentes en el Medio Oeste descubrió que la plantación de hábitats de praderas autóctonas en estos emplazamientos tiene el potencial de triplicar el suministro de polinizadores, aumentar en un 65% el potencial de almacenamiento de carbono y aumentar la retención de agua en comparación con los usos anteriores del suelo agrícola. Los investigadores proyectaron estas repercusiones a la expansión solar prevista en la región para 2035, que representa el 5% de las necesidades nacionales previstas por el Departamento de Energía Estados Unidos , y descubrieron que las estrategias de vegetación de praderas autóctonas podrían conservar más de 9000 toneladas de pérdida anual de sedimentos por erosión y retener 40 millones de metros cúbicos de agua de escorrentía al año. Los programas de apoyo existentes en estados como Minnesota han fomentado la adopción voluntaria de estas prácticas, lo que indica que los promotores consideran que la prestación de servicios ecosistémicos es útil y complementaria a la implantación de la energía solar.
La energía solar de doble uso basada en los servicios ecosistémicos ofrece la oportunidad de explorar más a fondo cómo las prácticas de gestión sostenible de la tierra podrían ser más eficaces para aumentar el despliegue de energía solar a escala de servicios públicos, proporcionando al mismo tiempo importantes beneficios colaterales para las comunidades y los ecosistemas.
3. Floatovoltaica
La energía solar flotante se refiere a la instalación de sistemas solares en masas de agua como lagos, estanques, embalses, canales u otras masas de agua artificiales. En estos sistemas, los mismos paneles utilizados para los sistemas tradicionales montados en el suelo pueden montarse encima o flotar sobre masas de agua. Los sistemas montados utilizan estructuras que soportan y mantienen los paneles solares por encima de la superficie del agua. Los sistemas flotantes montan los paneles en estructuras flotantes que se sujetan mediante anclajes o amarres a la orilla. Los sistemas flotantes se aplican mejor a masas de agua que no son aptas para otros usos, como canales de riego, depósitos de agua o estanques de retención.
La energía solar flotante ofrece varias ventajas. La presencia de agua bajo los paneles solares puede refrigerarlos, lo que permite una mayor eficiencia en la producción de electricidad que los sistemas solares tradicionales. Asimismo, el efecto de sombreado de los paneles puede reducir la tasa de pérdida de agua por evaporación, una ventaja especialmente beneficiosa para las regiones propensas a la sequía. Al utilizar masas de agua existentes, estos sistemas también pueden aumentar la eficiencia del uso del suelo y podrían ayudar a aliviar la competencia por la tierra. Los sistemas fotovoltaicos flotantes pueden ser más fáciles de construir y desmantelar que las instalaciones solares tradicionales, ya que no requieren tantas modificaciones permanentes del paisaje. Sin embargo, aún se necesita más investigación para evaluar el impacto de los paneles solares en la calidad del agua, la vida acuática y las aves.
Hasta la fecha, su despliegue es muy limitado en Estados Unidos. Al igual que la agrivoltaica, la floatovoltaica es más adecuada como solución energética a medida allí donde surja una oportunidad específica. Un estudio del NREL de 2018 identificó masas de agua en Estados Unidos que serían adecuadas para desplegar sistemas fotovoltaicos flotantes. Se llegó a la conclusión de que cubrir el 27% de las zonas identificadas con paneles flotantes podría producir el 10% de la generación eléctrica actual del país, un potencial técnico considerable, pero todavía una aplicación de nicho en la práctica en comparación con la escala de la energía solar a escala comercial necesaria para alcanzar los objetivos de descarbonización.
Los sistemas solares fotovoltaicos flotantes son los más adecuados para masas de agua inaccesibles a otros usos y, como tales, están funcionalmente limitados en la escala de implantación. No obstante, estas configuraciones demuestran el valor de los enfoques de despliegue de energía limpia que maximizan la eficiencia del uso del suelo.
Potencial solar de doble uso
El despliegue de una serie de tecnologías y soluciones innovadoras es crucial en la transición hacia un futuro energético sin emisiones de carbono. La posibilidad de combinar la energía solar con otros usos del suelo para obtener beneficios sociales, económicos y medioambientales adicionales supone un cambio importante con respecto al desarrollo energético tradicional, que históricamente ha estado en tensión con otros tipos de usos del suelo. Aunque el doble uso de la energía solar no debe considerarse una solución milagrosa a los obstáculos que dificultan el despliegue de la energía solar a escala comercial, puede resultar un desarrollo complementario a los esfuerzos a escala comercial, al tiempo que ofrece oportunidades para integrar mayores beneficios locales en el diseño de los sistemas solares. La implantación de la energía solar de doble uso a cualquier escala requerirá una política de apoyo y una normativa sobre el uso del suelo, el interés de los promotores, el apoyo de la comunidad y una sólida comprensión de cómo puede aplicarse en un contexto local.
This is the first of a three-part blog series on dual use-solar’s potential within the broader context of utility-scale solar. Later blog posts in this series provide additional context on the policy landscape and the potential feasibility of dual-use solar within California’s San Joaquin Valley.
1 Términos como "agrosolar", "agri-PV" o "solar-sharing" se refieren al mismo concepto que la agrivoltaica.
