El informe, titulado «PV-Powered Charging Stations: Sizing, Optimization and Control» (Estaciones de recarga alimentadas con energía fotovoltaica: dimensionamiento, optimización y control), analiza los puntos de recarga en el lugar de trabajo, las configuraciones de microrredes, el funcionamiento de los vehículos conectados a la red (V2G), los conceptos de intercambio de baterías y las infraestructuras de recarga de autobuses eléctricos. Tal y como explican sus autores, ajustar la demanda de recarga a la producción solar es fundamental para maximizar el autoconsumo y reducir los costos.
Seis años de datos sobre recarga en el lugar de trabajo
Uno de los principales estudios de caso del informe evalúa una instalación de recarga en el lugar de trabajo en el sur de Francia utilizando seis años de datos empíricos. El conjunto de datos incluye más de 32 000 transacciones de recarga de más de 350 usuarios de vehículos eléctricos en aproximadamente 80 puntos de recarga.
Utilizando estos datos del mundo real, los investigadores desarrollaron una metodología de dimensionamiento modular para evaluar diferentes estrategias de recarga. El análisis comparó la recarga no controlada y la recarga inteligente alineada con la energía solar.
Los resultados muestran que la recarga optimizada mejora significativamente la alineación entre la generación fotovoltaica y la demanda de vehículos eléctricos. La recarga inteligente solar reduce la capacidad pico fotovoltaica necesaria en comparación con la recarga no controlada, al tiempo que aumenta el autoconsumo fotovoltaico y reduce el intercambio con la red. La estructura modular de la metodología permite a los operadores que gestionan múltiples emplazamientos replicar los procedimientos de dimensionamiento de manera eficiente una vez establecidas las relaciones fundamentales entre la producción fotovoltaica y la demanda de recarga.
Los sistemas conectados a la red superan a los sistemas autónomos
El informe también examina las estaciones de carga alimentadas con energía fotovoltaica basadas en microrredes, que combinan paneles fotovoltaicos, sistemas de almacenamiento de baterías y conexiones a la red eléctrica. Utilizando programación lineal mixta entera, se optimizaron los sistemas a lo largo de una vida útil de 25 años basándose en el costo nivelado de la energía (LCOE) y las emisiones del ciclo de vida (LCE).
Los resultados indican que las ciudades con alta irradiación solar presentan un LCOE y un LCE más bajos en comparación con las ciudades con baja irradiación solar. También se observa que la clasificación de las ciudades basada en la irradiación solar media no se correlaciona necesariamente con la clasificación del LCOE y el LCE.
El análisis también destaca la importancia de la variabilidad estacional. Una mayor irradiación solar anual no se traduce automáticamente en menores costos del sistema. Los desajustes mensuales y estacionales entre la producción y la demanda de recarga pueden aumentar la capacidad necesaria del sistema.
Una comparación entre Dijon y Poitiers ilustra este efecto. Aunque Dijon tiene una irradiación anual más alta, la menor disponibilidad solar en invierno y otoño reduce el autoconsumo fotovoltaico y aumenta el tamaño del sistema necesario en comparación con Poitiers, donde la demanda y la producción están mejor alineadas.
Potencial del vehículo a la red
El informe evalúa el funcionamiento del V2G mediante la simulación de programas de carga. En escenarios optimizados, los vehículos eléctricos se cargan durante los periodos de alta generación fotovoltaica y se descargan durante los picos de demanda, sin dejar de cumplir con el estado de carga requerido en el momento de la salida.
Los resultados muestran que la programación inteligente puede reducir los costos de energía en comparación con la carga no gestionada. Sin embargo, los autores señalan varios retos de implementación, entre ellos la degradación de la batería por los ciclos adicionales, la necesidad de sistemas de comunicación robustos y la importancia de las simulaciones a largo plazo para evaluar los impactos operativos a lo largo del tiempo.
Se recomiendan marcos de simulación anuales para comprender mejor los efectos de la degradación y el rendimiento del sistema a largo plazo.
El intercambio de baterías aumenta la flexibilidad
En el informe también se modelan conceptos de intercambio de baterías. En esta configuración, las baterías se cargan independientemente del uso del vehículo, permaneciendo conectadas a la red durante largos periodos de tiempo. Esto permite programar la carga durante los periodos de alta producción fotovoltaica.
Se utilizó una región modelada de aproximadamente 200 000 habitantes para comparar el intercambio con los enfoques de carga convencionales. Los resultados indican que el intercambio de baterías puede aumentar la integración fotovoltaica y reducir la demanda de electricidad de la red, ya que las baterías estacionarias proporcionan una mayor flexibilidad para alinear la carga con la disponibilidad solar.
Ventajas e inconvenientes de la recarga de autobuses eléctricos
Se examina la electrificación del transporte público a través de un estudio de caso de la red de autobuses de Compiègne, Francia. Se modelaron tres estrategias de recarga: recarga solo en el depósito, recarga en la terminal y recarga de oportunidad.
La recarga exclusiva en depósitos requiere grandes baterías a bordo de 422 kWh. La recarga oportunista reduce significativamente la capacidad necesaria de la batería, pero introduce picos elevados de demanda de energía. Las recargas simultáneas pueden requerir conexiones a la red de hasta un máximo de 1200 kW.
Una instalación fotovoltaica de 100 kWp puede superar el consumo total del autobús durante los meses de verano, pero se queda corta en invierno, lo que subraya la necesidad de un equilibrio estacional y, potencialmente, de un almacenamiento estacionario.
El estudio concluye que la selección de la estrategia de carga afecta directamente al tamaño de la batería, la tensión de la red y el potencial de integración de las energías renovables.
Diseño basado en datos y optimización multiobjetivo
En todos los casos de uso, el informe destaca que los datos empíricos mejoran la precisión del dimensionamiento del sistema y que las estrategias de control de la carga influyen de manera significativa en el autoconsumo y el rendimiento económico.
En lugar de basarse en promedios anuales, los autores destacan la importancia del análisis por horas y estacional. La optimización multiobjetivo —equilibrar el costo, las emisiones y las restricciones operativas— se identifica como esencial para el despliegue a gran escala.
El informe también señala los retos actuales, entre los que se incluyen la escalabilidad computacional para grandes flotas de vehículos eléctricos, la mejora de los modelos de degradación de las baterías y la estandarización de los protocolos de comunicación.
En general, la Tarea 17 concluye que las estaciones de carga alimentadas con energía fotovoltaica son técnicamente viables y económicamente rentables cuando se apoyan en un control inteligente, un análisis detallado de los datos y un diseño del sistema específico para cada emplazamiento.
Autora: Bettina Sauer
Este artículo forma parte de una columna mensual del programa PVPS de la AIE. Ha sido elaborado por la Tarea 17 del PVPS de la AIE. El objetivo principal de este grupo de trabajo es acelerar y estructurar el despliegue de la energía fotovoltaica en el sector del transporte.
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