Integración de energía fotovoltaica en redes eléctricas: Desafíos y soluciones

Autor: Ing. Euclides Quiñonez, 18 agosto 2023

Introducción

La energía fotovoltaica (PV) tiene sus inicios en 1839 con la definición del efecto fotovoltaico por el joven científico francés Edmund Bacquer. Desde ese descubrimiento, el principal objetivo de los científicos ha sido aumentar la eficiencia de las células fotovoltaicas y sus aplicaciones, y es así como en el año 1955 se inicia la producción de paneles fotovoltaicos para aplicaciones en satélites espaciales.

Aunque su invención y aplicación inicial no se realizó con la intención de utilizarla como energía renovable limpia, actualmente es una de las mejores alternativas en la búsqueda de una transición energética sostenible para sustitución un buen porcentaje de las energías no renovables fósiles.

La energía proveniente de paneles solares ha demostrado ser una fuente renovable prometedora, pero su integración efectiva a las redes eléctricas plantea desafíos técnicos y económicos significativos. Este artículo examina los desafíos técnicos y económicos para integrar la energía (PV) a las redes eléctricas, evaluando los obstáculos y soluciones para la factibilidad de adopción de este tipo de energía en las redes eléctricas.

Desafíos de integración de la energía fotovoltaica a las redes eléctricas

1 Desafíos técnicos

Intermitencia y variabilidad de la generación fotovoltaica

El desafío más relevante al que se enfrenta es la integración en las redes eléctricas, es la intermitencia inherente de esta fuente de energía. La generación fotovoltaica depende de la radiación solar y solo se puede generar electricidad cuando el sol está brillando. Esto significa que esta no siempre está disponible cuando se necesita, lo que resulta en fluctuaciones en la producción a lo largo del día y en diferentes estaciones. Estas variaciones pueden crear desequilibrios en la red eléctrica y amenazar su estabilidad.

Estas fluctuaciones en la producción de energía renovable intermitente pueden generar desafíos para el sistema eléctrico, ya que la generada debe ser igual a la consumida en todo momento para poder mantener la estabilidad del sistema.

La energía solar es una fuente intermitente de energía. Por los momentos solo se puede generar electricidad cuando el sol está brillando. Esto significa que no siempre estará disponible cuando se necesita, lo que hace que el almacenamiento sea un gran desafío. Si no se puede almacenar esta energía, entonces no se puede utilizar cuando el sol no está brillando.

Solución innovadora: Una solución radica en la adopción de sistemas avanzados de almacenamiento de energía, como baterías de alta capacidad. Estas baterías permiten la acumulación de energía durante los momentos de máxima generación y su liberación cuando la generación es baja. Además, la combinación de fuente solar con otras fuentes renovables, como la eólica, puede ayudar a suavizar las fluctuaciones y asegurar un suministro más constante, e igualmente es muy importante gestionar adecuadamente la demanda intermitente.

Los almacenamientos de energía más comunes son a través de las baterías, los sistemas de almacenamiento térmico, y el hidrógeno. Por otro lado, las interconexiones de redes eléctricas permiten la distribución entre regiones con diferentes fuentes renovables.

Integración a las redes eléctricas existentes

La infraestructura eléctrica existente no siempre está preparada para recibir la energía generada por sistemas fotovoltaicos. La generación distribuida y bidireccional que caracteriza a la solar plantea desafíos en términos de control y gestión de la red eléctrica.

Solución Innovadora: La implementación de tecnologías de automatización y control inteligente puede facilitar la integración de la energía fotovoltaica en las redes eléctricas existentes. Los sistemas de monitorización de tecnología avanzada permiten un seguimiento en tiempo real de la generación y el consumo, lo que facilita la toma de decisiones, para gestionar de manera eficiente la red. Además, las microredes entran en el escenario como una solución adicional, permitiendo la generación y el consumo locales en áreas específicas, lo que reduce la carga sobre las redes principales.

2 Desafíos económicos

Costos iniciales y rentabilidad a largo plazo

A pesar de la disminución de los costos de los paneles solares en los últimos años, la inversión inicial en infraestructura fotovoltaica sigue siendo una barrera para muchos consumidores y empresas. Además, la percepción de la rentabilidad a largo plazo puede influir en las decisiones de inversión.

Solución Innovadora: Los modelos de financiamiento como los Acuerdos de Compra de Energía y el leasing o arrendamiento solar son una alternativa que hace más viable la superación de este obstáculo. Estos enfoques permiten a los consumidores acceder a la energía fotovoltaica sin la necesidad de una inversión inicial significativa. Además, los incentivos gubernamentales y los subsidios pueden mejorar la viabilidad económica de los proyectos solares y acelerar a su adopción.

3 Desafíos tecnológicos

Las redes eléctricas han sido convencionales y sin cambios en la última década. Aunque los sistemas de energía solar aportan una cantidad significativa de energía eléctrica, la complejidad del sistema de red eléctrica y las mejoras eficiencia de los paneles sigue siendo un desafío para su interconexión.

Solución innovadora:

• El uso de red inteligente o smart grid. Que se desarrolla utilizando aparatos, equipos, componentes y elementos inteligentes que monitorean y miden cada cambio en tiempo real (Ver figura). La red inteligente asegura el desarrollo de la red eléctrica, teniendo la capacidad de responder a la demanda y equilibrar el consumo eléctrico con la generación de la misma, igualmente tienen el potencial de integrar nuevas tecnologías de almacenamiento de electricidad.
• Mejora de los paneles. Actualmente, se trabaja en la investigación de varias tecnologías, como los huecos cuánticos, nanotubos de carbono, nanoestructuras de óxido de titanio con colorante (DSSC). Con ellas se podría crear una pintura que recubriría las casas o las carreteras para generar energía. La eficiencia de estos sistemas también podría ser superior a los actuales sistemas (entre el 30% y el 60%).
• El empleo de nanopartículas con polímeros modificados para lograr células más eficientes y económicas. Esto se basa en varias capas de nanopartículas que aprovecharían los diferentes tipos de luz y el espectro infrarrojo.

4 Desafíos para los operadores de la red eléctrica

Los sistemas de las redes eléctricas instalados actualmente son convencionales y adaptarlas a los nuevos requerimientos, requerirá cambios monumentales en la forma en que se planifican y operan los sistemas, ya que se debe mantener la confiabilidad del sistema de energía, incluso cuando las tecnologías de generación, los flujos de energía y los procedimientos operativos experimentan cambios fundamentales.

Por otra parte, la adopción masiva de la energía fotovoltaica puede afectar la estabilidad financiera de los operadores de red; lo cual, reduce los ingresos provenientes de la venta de electricidad convencional. Esto puede poner en riesgo la operación y el mantenimiento adecuados de la red eléctrica.

Solución innovadora:

• Rediseñar un sistema de energía más flexible, eficiente y resistente mientras se aceleran los esfuerzos de descarbonización.
• Integración de nuevas tecnologías bajo políticas y procesos antiguos, aprovechando la nueva tecnología de transmisión e integrar nuevo hardware en la red. Innovadores.
• La implementación de modelos tarifarios dinámicos y estructuras de precios más flexibles puede ayudar a abordar el desafío. Estos enfoques pueden alinear mejor la oferta y la demanda de energía, incentivando la generación y el consumo de energía fotovoltaica durante los momentos óptimos y permitiendo una transición gradual sin comprometer la viabilidad financiera de los operadores de red.

Conclusiones

La integración exitosa de sistemas fotovoltaicos en las redes eléctricas es necesaria para lograr una transición energética sostenible. A pesar de los desafíos técnicos y económicos, las soluciones innovadoras mencionadas anteriormente son un camino viable para una adopción más amplia y efectiva de la energía fotovoltaica.

Con un enfoque continuo en la investigación y el desarrollo, así como en políticas gubernamentales y regulatorias favorables, la integración de la energía fotovoltaica en las redes eléctricas es una gran alternativa en la construcción de un futuro energético más limpio y sostenible.

Referencias

Fuente propia