Los problemas de la energía fotovoltaica conectada a la red (1ª PARTE)

En los últimos años la energía fotovoltaica conectada a la red ha crecido exponencialmente. Tan solo en estados Unidos este mercado creció un 76 % y en muchos otros países ha ocurrido lo mismo en la pasada década. Es por ello que nuevas estrategias y tecnologías son necesarias para absorber el prolífico crecimiento de la fotovoltaica sin que cause problemas en la red. Según SEIA, hay más de 3.000 MW en proyectos de generación actualmente en construcción, más otros 7.000 MW de proyectos con acuerdos de compra que iniciarán próximamente su construcción.

Las instalaciones CSP en los Estados Unidos suponen actualmente 4,82 GW, el 0,44 % de la capacidad total.

Proyectos en el este

Como era de esperar, los grandes proyectos en Estados Unidos están en los estados del oeste como California (2537 MW), Arizona (1094 MW) y Nevada (331 MW). En el este encontramos 971 MW en New Jersey, 1989 MW en Massachusetts y 196 MW en Pennsylvania.

El interés por la energía fotovoltaica es grande en todo el mundo. En Massachusetts, por ejemplo, se vio un gran número de solicitantes interesados en instalar generación solar. Los clientes son residenciales, comerciales y municipales. En 2012 hubo 1700 solicitudes de generación solar en Massachusetts, el doble que en 2011 y más del triple que en 2010.

Pero si esto ocurre en lugares con poca radiación solar como Massachusetts, pueden empezar a aparecer problemas. Cuando las nubes aparecen la producción solar cae drásticamente y es necesario reaccionar rápido para mantener la estabilidad.

Proyectos en el oeste

La situación es la misma en el Oeste, y muy especialmente en California donde el 33 % de la energía debe obtenerse de fuentes renovables. La presión está puesta en conseguir que sea con energía solar, pero eso es más fácil decirlo que hacerlo.

Si no comprendemos nuestras cargas, poco podemos entender la generación. Por ello se están emprendiendo muchos esfuerzos en investigación sobre la energía solar. Las redes eléctricas se diseñaron para tener mucha inercia rotatoria, lo cual permite al sistema absorber las perturbaciones.

Hoy en día las cosas son diferentes. El problema actual surge porque más y más medios renovables significan menos masas rotatorias. Muchos dispositivos convierten energía en corriente continua producida por los paneles solares en corriente alterna y esto puede ser sospechoso. Los inversores se diseñaron para cumplir el IEEE standard 1547, una norma que fue adoptada antes de que nadie pensase en una alta penetración de las renovables.

Se está investigando cómo los inversores interactúan con la red, específicamente cómo reaccionan a un cambio dinámico en el sistema, tal como un gran cortocircuito, y se están averiguando muchas cosas interesantes. Aunque los inversores no contribuyen mucho a la corriente de cortocircuito, si lo hacen en cierta medida con armónicos. Además, debido a que los inversores son dispositivos de energía constante, si repentinamente aislamos un generador basado en inversor, y la corriente cae porque se desconecta una carga, los inversores incrementan el voltaje. Se están viendo sobrevoltajes de 210 % o mayores durante cortos periodos de tiempo. Esto no es bueno para los equipos de alrededor.

Otro problema: el standard de inversores no considera la energía reactiva. Cuando tenemos un gran porcentaje de generación basada en inversor, necesitamos otras fuentes de energía reactiva para impulsar la potencia real. Sin energía reactiva, no podemos obtener energía real. Los inversores americanos fabricados conforme a la norma IEEE no tienen en cuenta esta consideración, pero los inversores alemanes, con normas que permiten una mayor penetración tienen diseños diferentes que pueden hacerlos interesantes para la conexión a red en penetración más alta.

El aumento de la penetración solar en las redes es ya imparable, y lo primero que debe considerarse es la estabilidad y fiabilidad de la red. Lo segundo es entender cómo la generación solar afecta al equilibrio de cargas diario, lo cual usualmente se pretende mediante métodos de previsión mejorados. Lo tercero es conocer cómo la generación solar, especialmente con su penetración incrementada, se ajusta a la planificación de recursos incrementada.

En las plantas fotovoltaicas se han incrementado capacidades tales como el comportamiento grid ride-through y los controles de voltaje, y usualmente operan a niveles de transmisión. Otra cuestión son las aplicaciones solares sobre cubiertas que no proporcionan tales capacidades que preocupan a las distribuidoras.

Esto ha impulsado a países como Alemania, que tiene una gran proporción de instalaciones solares en la red de distribución, a adoptar regulaciones que aseguren que los inversores proporcionen soporte de red.

Las últimas tendencias en Alemania son ver los requerimientos para el control de los inversores a nivel de distribuidora. El motivo es el incremento en la penetración solar. Nadie se anticipó a la brusca caída del precio de los módulos fotovoltaicos acaecida en los últimos dos años. Actualmente se dispone de comunicaciones en protocolo abierto que permite comunicar un inversor remotamente desde un centro de control.

La intermitencia de la energía solar es una consideración importante para las distribuidoras, no tanto como cuando la red se recupera de una pequeña nube que pasa por los paneles fotovoltaicos – debido a que puede ajustarse la rampa de recuperación del inversor para controlar la recuperación – sino más bien cuando un amplio frente nuboso cubre inmediatamente y para la producción.

También puede haber problemas a nivel de distribución. Los desarrolladores de sistemas fotovoltaicos necesitan ser conscientes de que las instalaciones en ambiente urbano donde está presente la distribución subterránea puede implicar sistemas de distribución de red que no fueron diseñados para retroalimentar a la fuente de distribución.

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