Entendiendo P50, P90 y P99 en energía solar

Si trabajas en energía solar, inevitablemente escucharás o te toparás con el término P50 o P90 o P99. Esto, al principio, es un concepto muy confuso. La «P» significa Probabilidad y el número que le sigue es el nivel de probabilidad (por ejemplo, 50%, 90%, 99%).

Sin embargo, la probabilidad es inherentemente bastante difícil de entender para nosotros los humanos. Nos gusta el determinismo; causa y efecto. No haces la tarea → sacas mala nota. Entrenas un deporte → mejoras. Dejas el cardio → te falta el aire al subir escaleras. Pero, ¿qué pasa si conduces al gimnasio?, ¿tendré un accidente de coche? El estadounidense promedio tiene un accidente de coche cada ±700.000 millas (más de 1,1 millones de kilómetros). Por lo tanto, diríamos que probablemente no tendré un accidente de coche conduciendo al gimnasio hoy. Pero, si garantizara que durante los próximos 40 años recorreré 700.000 millas conduciendo al gimnasio y de regreso, es probable que tenga un accidente en algún momento durante esos 40 años. Esa es la esencia de la probabilidad estadística, puede decir cuán probable es que ocurra algo dado un dominio.

En el mundo de la energía solar, P50, P90 y P99 representan la probabilidad de que un proyecto solar genere al menos una cantidad específica de electricidad en un año determinado. Al igual que usar la probabilidad para determinar si tendrás un accidente conduciendo al gimnasio, me propongo guiarte a través de las probabilidades solares; por qué se necesitan, cómo se calculan y cómo usarlas.

P50-P90 curva con rendimiento anual modelado y variabilidad.
Imagen: Solesca

La energía solar es bastante diferente de otros generadores de electricidad, con la excepción de la eólica. Si construyes una planta de energía nuclear, mientras llegue el material fisionable y los operadores humanos sigan asistiendo, puedes prácticamente garantizar la producción de energía de la instalación indefinidamente. Es aproximadamente determinista. Sin embargo, con la solar dependemos, literalmente, del clima. Pregúntale a cualquier agricultor, investigador de laboratorio nacional o amante del aire libre para saber que el clima no es fácil de predecir.

Con el clima siendo tan impredecible, ¿cómo determinamos la cantidad de luz solar que incide en los módulos que colocamos en este lugar durante un año o la vida útil del sistema solar? Y aquí es donde obtenemos parte de nuestra respuesta. ¿Sabes qué clima hará mañana? Puedes usar cualquier aplicación del clima y con un alto grado de certeza saber qué clima hará mañana. ¿Y este fin de semana? Bueno, para mí faltan cinco días, así que estaré atento. ¿Y dentro de 10 días? ¿Un mes? ¿Y la boda que se planea para septiembre? Cuanto más lejos estemos de una fecha, más difícil es predecir el clima.

Sin embargo, hay algo curioso sobre el clima que funciona al revés. Si vives en el hemisferio norte sabes que junio será más cálido que diciembre, que probablemente llueva en abril y que las hojas cambian en otoño. Podemos tener más certeza sobre estas afirmaciones que sobre una predicción para una fecha específica dentro de varios meses.

Con ese conocimiento en mano, ¿cómo lo usamos a nuestro favor para la energía solar? Por suerte para nosotros, las estaciones de investigación financiadas por el gobierno y las empresas privadas pagan por tiempo de satélite para rastrear el clima cada año y en cada lugar (al menos en EE. UU.). Podemos obtener datos de hasta 5 minutos que se remontan décadas. Esto está disponible a través del NREL (Laboratorio Nacional de Energía Renovable), estaciones terrestres de la NOAA (Oficina Nacional de Administración Oceánica y Atmosférica), así como interpoladores satelitales como SolarAnywhere, Solcast y SolarGIS. Se rastrean la temperatura, el viento, la irradiancia, la cobertura de nubes, la precipitación y mucho más, y luego se usan para desarrollar un archivo TMY (Año Meteorológico Típico) utilizando un proceso científico como el método Sandia.

Aunque las matemáticas son un poco complejas, lo que necesitamos saber es que se utilizan entre 15 y 30 años de datos para generar un año típico. El archivo TMY luego se carga en tu software de modelado de energía solar y se usa para calcular cuánta energía producirá un sistema. Esta producción de energía se considera un valor de energía P50 y normalmente ha estado en formato horario (8760, cantidad de horas que tiene un año no bisiesto). El cincuenta por ciento del tiempo la energía estará por encima, el 50% por debajo. Pero, durante la vida útil del sistema, el promedio de la energía de todos los años (sin contar la degradación y las diferencias de indisponibilidad año a año) estará muy cerca de la salida del modelo.

Así que has diseñado tu sistema, has usado un buen recurso solar (o varios para comparar) para obtener un archivo TMY y has generado un MWh (megavatio-hora) para el primer año. ¿Puedes tomar eso y construir un proyecto? Puedes, pero si quieres financiar un proyecto no podrás hacerlo solo con un número P50.

Al financiar un proyecto, al recibir capital de un banco o entidad externa para cubrir el costo del proyecto, la organización esperará una tasa de retorno con un alto grado de certeza. Un lanzamiento de moneda en cualquier año no inspira confianza. Por suerte para nosotros, podemos usar la probabilidad para determinar un número de mayor probabilidad para presentar a los bancos. Muchos desean números P90 y/o P99. Un P90 significa que hay un 90% de probabilidad de que la energía sea igual o superior, con un 10% de probabilidad de que sea menor que el número dado. P99 es 99% por encima, 1% por debajo. Es más fácil mostrar las diferencias en un gráfico de campana.

Imagen: Solesca

Hay dos formas de obtener un número P90/P99 a partir de un P50. La primera es tomar los datos históricos del clima y ejecutar múltiples modelos para obtener un archivo TMY diferente. La segunda es tomar los datos climáticos y los datos P50 y aumentarlos a P90 y P99 utilizando un modelo desarrollado en Ginebra y ampliamente aceptado por la industria. Ambos funcionan y han demostrado ser bancables. El modelo de Ginebra toma la GHI (iniciales en inglés de Irradiancia Global Horizontal) del sistema para obtener la variabilidad, asume una distribución de probabilidad gaussiana y utiliza los datos P50 y la variabilidad para calcular los valores P en función de la desviación estándar.

Aunque no podemos usar estos modelos para predecir un día o año específico con un alto grado de precisión, podemos tener un alto grado de precisión a lo largo de los años. Los números P50 se usan para que los gestores de activos tengan una meta de producción del sistema y pueden ajustarse por el clima. Los números P90 y P99 los usa el equipo financiero y los bancos para los proyectos, ya que tienen un mayor grado de certeza.

Rocco Fucetola. Solesca.

Rocco Fucetola es director de Operaciones de Solesca. Solesca proporciona software pre-CAD para solar comercial e industrial y solar en suelo. La empresa ha ayudado a evaluar más de 100 GW de proyectos.

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