El principal impacto de la actividad ganadera sobre el medioambiente son las emisiones de gases de efecto invernadero, tales como el metano (CH4) y el óxido nitroso (N2O), y de gases contaminantes como el amoniaco (NH3). Estos gases se emiten en gran medida durante la fase de almacenamiento de estiércoles y purines en las granjas, principalmente de cerdos. La legislación española vigente, de acuerdo con la normativa europea para la reducción de emisiones de gases contaminantes y de efecto invernadero, obliga al cubrimiento total o parcial de las balsas de purines en explotaciones porcinas para evitar las emisiones de amoniaco.
En respuesta a esto, el proyecto de investigación FOTOPUR busca dotar al sector porcino de una solución innovadora y eficaz para reducir sus emisiones contaminantes: fotovoltaica flotante adaptada al cubrimiento de las balsas de purines. Se trata de tapar la superficie purín-aire con elementos flotantes sobre los que se colocan módulos fotovoltaicos. De esta manera se detiene la tasa de emisión de amoniaco a la atmósfera, a la vez que se aprovecha la superficie de la balsa para la generación de energía fotovoltaica, que puede ser empleada para cubrir los consumos eléctricos de la granja.
Cada vez más explotaciones agrícolas están apostando por las energías renovables, en base a criterios tanto medioambientales como económicos. En el medio rural, la opción más eficiente es instalar un sistema de energía fotovoltaica para autoconsumo en un terreno libre o sobre la cubierta de una nave. De esta manera se consiguen abaratar costes en la factura eléctrica, y se soluciona el abastecimiento de energía en caso de explotaciones que se encuentren alejadas de la red nacional. En su caso, la tecnología fotovoltaica flotante ya es a día de hoy una alternativa competitiva. Esta modalidad de instalación presenta ciertas ventajas, como eliminar la necesidad de disponer de terreno libre o espacio adecuado en las cubiertas de edificios para instalar los módulos fotovoltaicos, o la refrigeración extra producida por la superficie del líquido.
Mientras que la fotovoltaica flotante ya es ampliamente empleada en cuerpos de agua, como balsas de riego o lagos, su empleo en otros cuerpos líquidos todavía se encuentra en fase de estudio. Un análisis llevado a cabo en el marco del proyecto aragonés “Alternativas en el aprovechamiento y control del potencial de las balsas de purines”, en el que participó Intergia, demostró que, en el ambiente amoniacal de los purines, algunos elementos del sistema de sujeción de los módulos fotovoltaicos y el cableado sufrían oxidación y degradación.
En el proyecto FOTOPUR hemos trabajado para desarrollar y llevar a la práctica en fase de pruebas dos sistemas de fotovoltaica flotante adaptados a balsas de purines. Estos sistemas están diseñados específicamente para maximizar el porcentaje de cubrimiento de la interfaz purín-aire y, por tanto, la reducción de emisiones, y para resistir el ambiente amoniacal. La principal diferencia entre ambos radica en que uno de ellos emplea elementos comerciales de sistemas de fotovoltaica flotante, mientras que el otro ha sido diseñado ad hoc para esta aplicación.
Cada uno de estos sistemas se van a instalar y probar en dos explotaciones porcinas con diferentes características, en cuanto al purín almacenado y a las necesidades energéticas: una granja de madres en Zamora y una granja de cebo en Tauste.
Prototipo que emplea elementos comerciales: granja de madres en Zamora
Características
A comienzos de noviembre se ha instalado el primer prototipo demostrativo en una granja de 1.400 madres en el término municipal de Calzada de Tera, en Zamora. La granja ya contaba con un sistema fotovoltaico y conexión a la red eléctrica para cubrir su consumo energético. El nuevo sistema fotovoltaico que forma parte del prototipo se integra con el existente, aumentando la potencia total y el porcentaje de autoconsumo de la granja.
La balsa de purines donde se aloja el prototipo tiene una superficie de unos 880 m2. Para su cubrimiento se ha empleado el sistema fotovoltaico flotante comercial Lamaru, de la empresa española Landatu Solar, que ya se emplea habitualmente en balsas de agua, adaptado para su aplicación en balsas de purines para asegurar la máxima superficie de cubrimiento posible. Para evitar la corrosión en ambientes amoniacales, se han sustituido todos los elementos de acero por componentes de aluminio y acero inoxidable.
El sistema fotovoltaico cuenta con un total de 56 paneles y una potencia pico de 33,04 kWp, orientados hacia el suroeste, siguiendo la dirección longitudinal de la balsa, y con una inclinación de 15º.
En total, la plataforma flotante tiene una dimensión de 13,5 x 25 m y cuenta con pasarela de acceso formada por los mismos elementos flotantes. Para aumentar la seguridad, tanto el perímetro de la plataforma como la pasarela incorporan barandillas de acero inoxidable. El conjunto se ha diseñado para adaptarse a los cambios de llenado de la balsa, subiendo o bajando según el nivel de purín: la plataforma no choca con el talud, la pasarela se dobla gracias al grado de flexibilidad entre los flotadores, y los amarres se tensan o destensan.
Para completar el sistema y estudiar la compatibilidad, se emplearán elementos hexagonales de plástico con lastre para rellenar los huecos libres entre flotadores y para el resto de la superficie libre de la balsa que queda sin cubrir.
Con la plataforma flotante se consigue cubrir de manera efectiva en torno al 20% de la balsa, lo que, sumado al cubrimiento proporcionado por los elementos hexagonales, conseguirá cubrir más del 90% de la superficie. La producción fotovoltaica esperada es de 50,04 MWh/año, lo que supondría un ahorro de hasta el 22% de la factura eléctrica de la granja.
Pasarela de acceso a la plataforma flotante. Se aprecian las barandillas perimetrales de seguridad y los amarres.
Vista de la plataforma flotante desde atrás. Se aprecia la inclinación de los paneles fotovoltaicos y la flexibilidad de la pasarela de acceso cuando el nivel de purín es bajo. Los huecos libres entre flotadores debajo de los paneles se cubrirán con elementos hexagonales de plástico.
Montaje
El sistema se ha montado siguiendo la misma metodología que se emplea en las instalaciones convencionales de fotovoltaica flotante en cuerpos de agua: se ha ido montando fila por fila de los flotadores y los paneles en la orilla de la balsa, y se ha ido empujando poco a poco para botarlo en la balsa de purín. Antes de lanzar cada fila de paneles, se han hecho las conexiones eléctricas entre los paneles fotovoltaicos. Para reducir el rozamiento entre los flotadores y la orilla y el talud se ha empleado una lámina de plástico, que ha ayudado al conjunto a deslizarse. Una vez en la balsa, se ha conducido la salida de los cables de continua por la pasarela de acceso hacia la sala de inversor, a unos 80 metros de distancia. Estos cables se han enterrado en zanja.
Cinco líneas de paneles montados sobre la plataforma flotante son botados a la balsa de purín.
Mediciones y análisis
Una vez está ya montado el prototipo, se están tomando mediciones que permitan analizar la reducción de emisiones de amoniaco de la balsa, gracias al cubrimiento, y la producción fotovoltaica, empleada para autoconsumo en la granja. Adicionalmente, se está controlando también que no se produzcan concentraciones de metano en los espacios debajo de los paneles fotovoltaicos. Para ello se ha instalado un sensor de metano, que toma datos de manera continua en tiempo real.
Las mediciones de amoniaco se van a realizar de acuerdo con un protocolo estandarizado, empleando una cámara dinámica flotante. Se van a realizar un total de 24 mediciones puntuales en diferentes zonas de la balsa, en distintas épocas del año.
Por último, la producción fotovoltaica y la ratio de autoconsumo se analizarán mediante la plataforma de visualización de datos del inversor fotovoltaico instalado.
Sensor de metano y campana de concentración de gases, colocados bajo un panel fotovoltaico, en el hueco entre flotadores.
Inversor fotovoltaico y cuadro general de protecciones. Es la parte de la instalación eléctrica que transforma la corriente continua generada en los paneles fotovoltaicos a corriente alterna apta para el consumo en la granja.
En las próximas semanas se instalará el segundo prototipo demostrativo en una granja de cebo de Tauste (Zaragoza), empleando un sistema diseñado ad hoc. El análisis de los resultados de las distintas mediciones llevadas a cabo permitirá identificar cuál de los dos sistemas es más eficaz para reducir las emisiones de las balsas de purines en granjas porcinas. Por último, ambas soluciones se van a estudiar desde el punto de vista económico, con vistas de poder llevar la solución óptima al mercado.
FOTOPUR es un proyecto financiado por la UE a través de la convocatoria 2023 de subvención para proyectos de innovación de interés general por grupos operativos de la Asociación Europea para la Innovación en materia de productividad y sostenibilidad agrícolas (AEI-Agri), en el marco del Programa Nacional de Desarrollo Rural 2014- 2020 del Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación.
El grupo operativo FOTOPUR está formado por la Asociación de Defensa Sanitaria Porcino Nº1 de Tauste (ADS), el Centro Gestor de Estiércoles de Tauste (TCGE), la Cooperativa del Bajo Duero (COBADU), la Universidad De Zaragoza (UNIZAR), la Universidad Politécnica de Cartagena (UPCT) e INTERGIA.
