La energía solar fotovoltaica está experimentando un crecimiento sin precedentes a escala mundial. Según estudios de la Agencia Internacional de las Energías Renovables (IRENA), Administración de Información Energética de Estados Unidos (EIA), GEM, Asociación Nuclear Mundial (WNA) y Consejo Global de Energía Eólica (GWEC), la capacidad total instalada de energía solar en el mundo superó a la nuclear en 2017, a la eólica en 2022 y a la hidroeléctrica el año pasado. Se espera que supere al gas natural antes de finales de este año y, manteniendo las actuales tasas de crecimiento del 20% anual, superará al carbón en 2025, convirtiéndose en la fuente de energía con mayor capacidad instalada para generar electricidad en el mundo. A este ritmo, a finales de la década habrá más capacidad solar fotovoltaica instalada en la Tierra que todas las demás tecnologías de generación de electricidad juntas.
Este crecimiento exponencial conlleva importantes retos para la integración de la energía solar en la red eléctrica. Uno de estos retos es el fenómeno conocido como «curva del pato» o variaciones como la «curva del cañón», que representa el impacto de la generación solar en la curva de carga de la red eléctrica. A medida que aumenta la penetración de la energía solar, se hace cada vez más importante y necesario controlar la generación solar para mantener la estabilidad y fiabilidad del sistema eléctrico. En este contexto, surge el concepto de constrained-off, a menudo utilizado indistintamente con el término curtailment (vertidos), y pueden considerarse sinónimos.
El curtailment implica reducir la producción de un recurso renovable respecto a lo que podría haber producido de otro modo. Puede aplicarse a las centrales fotovoltaicas centralizadas a gran escala y a los sistemas fotovoltaicos sobre tejados residenciales de generación distribuida y dispersa, en los que el operador del sistema eléctrico puede desconectar a distancia la energía fotovoltaica a gran escala o sobre tejados cuando existe riesgo de sobrecarga de la red. La reducción de la producción fotovoltaica en momentos de alta irradiancia solar y demanda eléctrica moderada-baja aumentará a medida que crezca la penetración de la energía solar fotovoltaica.
A mayores volúmenes, los vertidos pueden socavar la rentabilidad de los nuevos proyectos de energía solar fotovoltaica al reducir la certidumbre de los ingresos de las plantas fotovoltaicas que venden electricidad en el mercado mayorista. Sin embargo, la modelización previa al desarrollo del proyecto predeciría este resultado y es de suponer que se tiene en cuenta. En cualquier caso, los precios son bajos durante esos periodos en una red dominada por la energía solar, por lo que la pérdida de ingresos es relativamente pequeña.
La persistencia de las restricciones y los precios negativos estimulan nuevos mercados, como la carga de baterías, el almacenamiento hidráulico por bombeo y el almacenamiento térmico en fábrica. En lugares como Australia, los frecuentes precios negativos durante el día también animan a las centrales eléctricas de carbón a reducir o eliminar su producción durante el día. En el caso de los sistemas domésticos, el uso de electricidad solar en los tejados para cargar coches eléctricos, baterías domésticas y sistemas de almacenamiento de agua caliente puede absorber el exceso de electricidad solar.
Los países con mayor penetración de la generación fotovoltaica en la red eléctrica han trabajado para redefinir la percepción del curtailment y aprender a lidiar con esta nueva realidad. Mirando el vaso desde una perspectiva «medio lleno», la restricción se convierte en una valiosa herramienta para integrar más energía renovable en la red. Este cambio de perspectiva es fundamental para entender el papel de la restricción en la evolución de los sistemas eléctricos con altas penetraciones de fuentes intermitentes como la eólica y la solar.
Rampa de producción solar
La variabilidad a corto plazo de la disponibilidad del recurso solar puede provocar rampas pronunciadas en la generación fotovoltaica. A nivel de red, las rampas diurnas relacionadas con las condiciones meteorológicas se diluyen en gran medida distribuyendo las centrales fotovoltaicas a gran escala en amplias zonas para suavizar el suministro solar. Además, se dispone de previsiones solares de alta calidad. Las fuertes rampas al amanecer y al atardecer son predecibles, lo que ayuda enormemente a la gestión de la red.
A nivel local, una sola nube puede desplazarse por miles de sistemas solares sobre tejado en pocos minutos, lo que puede provocar problemas de suministro. Hay muchas soluciones, que se están implantando poco a poco en los principales países. Entre ellas están las cargas interrumpibles controladas por la compañía eléctrica, como el aire acondicionado y la carga de baterías domésticas, baterías de vehículos eléctricos y almacenamiento de agua caliente. El curtailment temporal de la energía solar en los tejados también puede utilizarse para reducir las tasas de rampa aprovechando la previsión solar de alta resolución en las ciudades. Una mayor interconexión de la transmisión dentro de las ciudades y entre ellas también reduce mucho los problemas. A menudo, estas medidas van a la zaga de las tasas de despliegue solar, causando problemas temporales.
La creciente penetración de la energía fotovoltaica a gran escala y sobre tejados está provocando un aumento de los vertidos. En la reciente charla de Solargis «Global Patterns of Solar Resource Short-Term Variability Based on Solargis Time Series Data» (Patrones globales de la variabilidad a corto plazo del recurso solar basados en datos de series temporales de Solargis) durante el Conferencia internacional sobre ciencia e ingeniería fotovoltaica (PVSEC) de la Unión Europea en Viena, se mostró que las rampas más pronunciadas se están produciendo en el cinturón solar, y allí, los países con una alta penetración fotovoltaica están aumentando los vertidos fotovoltaicos a un ritmo rápido. Aunque la distribución de las centrales fotovoltaicas en grandes áreas puede reducir potencialmente la variabilidad de la producción eléctrica debido a un efecto de suavización espacial, las centrales fotovoltaicas tienden naturalmente a concentrarse en las regiones con mayor disponibilidad de recurso solar. Dado que los costos de la energía fotovoltaica siguen disminuyendo, las centrales solares y los sistemas fotovoltaicos en tejados se extenderán cada vez más, y este problema se minimizará de forma natural.
Ya que la energía fotovoltaica se ha abaratado tanto, la sobreconstrucción es una opción. El concepto de sobreconstrucción en los sistemas solares es similar al de la potencia de los coches que usamos a diario. Compramos vehículos con motores capaces de alcanzar velocidades muy superiores a los límites legales, incluso sin disponer de una Autobahn -una autopista alemana sin límite de velocidad- donde poder explotar todo este potencial. Esta capacidad extra de potencia ofrece flexibilidad, rendimiento constante y fiabilidad en situaciones que requieren más potencia, como cuestas empinadas o adelantamientos. Del mismo modo, el exceso de capacidad en las plantas solares proporciona una generación de energía más constante y fiable, aunque no se utilice constantemente toda la capacidad. Este exceso de capacidad fotovoltaica actúa como una forma virtual de almacenamiento, dando lugar a una generación más predecible y controlable, y permitiendo que los sistemas de almacenamiento se dimensionen de forma optimizada. Además, el almacenamiento implícito proporciona una mayor flexibilidad operativa, permitiendo a los operadores del sistema ajustar la producción solar en tiempo real para satisfacer las demandas de la red, mejorando así la estabilidad y fiabilidad del sistema eléctrico.
Los vertidos, combinados con el concepto de almacenamiento implícito, representa un cambio de paradigma en la integración de la energía solar a gran escala. A medida que el mundo avanza hacia una combinación energética cada vez más dominada por la energía solar fotovoltaica y eólica, estas estrategias se convierten en herramientas esenciales para garantizar la estabilidad, fiabilidad y asequibilidad del sistema eléctrico. La aplicación con éxito de estos enfoques requiere una combinación de innovación tecnológica, adaptación normativa y nuevos modelos empresariales. Con el continuo descenso de los costos de la energía solar y su creciente participación en el mix energético, la restricción (y el almacenamiento implícito) no son sólo opciones, sino también necesidades. Actualmente, los vertidos no garantizan una compensación a los generadores, que no pueden cumplir sus contratos utilizando su propia generación, incluso cuando se debe a limitaciones en la red de transporte. Esta situación debe resolverse con una compensación adecuada a la energía interrumpida, para que la inversión en energía fotovoltaica siga siendo una opción atractiva.
Autores: Prof. Ricardo Rüther (Universidade Federal de Santa Catarina, UFSC), Prof. Andrew Blakers (Universidad Nacional de Australia, ANU)
ISES, la Sociedad Internacional de Energía Solar, es una ONG acreditada por la ONU fundada en 1954 que trabaja por un mundo con un 100% de energía renovable para todos, utilizada de forma eficiente y prudente.
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