Hace unos 10 años la energía interconectada a red se desarrollaba de forma acelerada. Las grandes empresas del sector enfocaban sus esfuerzos en producir equipos especialmente diseñados para para su instalación en sistemas interconectados.
Este mercado parece saturado en mercados desarrollados y su crecimiento ya no es exponencial. En algunas redes, como por ejemplo la de Hawái, se han visto obligados a limitar el aporte de la energía solar fotovoltaica ya que su generación puede ser superior al consumo. En estas situaciones sería deseable poder almacenar la energía sobrante y usarla cuando las fuentes de energía renovable no puedan usarse.
Por otro lado, mercados menos desarrollados, donde hay un suministro de red pública poco fiable o inexistente, el mercado solar fotovoltaico se ha concentrado en proveer soluciones energéticas aisladas usando baterías para almacenamiento y a veces una planta Diésel o de gasolina para respaldo cuando no hay suficiente sol. Este mercado nunca ha tenido un crecimiento tan acelerado como el de soluciones interconectadas, pero seguirá creciendo ya que es una solución sencilla y económicamente muy competitiva si se compara con otras alternativas, como plantas Diésel.
Por estas razones, el desarrollo de equipo para energía solar se está concentrando en almacenamiento y en equipos multifuncionales que puedan administrar de forma “inteligente” la energía almacenada, generada en sitio, consumo y flujo de energía con la red. Este equipo es atractivo en todos los mercados aunque, muchas veces por motivos diferentes.
Equipos multifuncionales
Son equipos que tienen integrada la función de inversor, para pasar la corriente de DC a AC, y controlador MPPT para alimentar las baterías usando la energía suministrada por los módulos solares. Pueden funcionar en sistemas aislados o interconectados a la red. Necesitan baterías para almacenar energía sobrante de los módulos y usarla cuando sea necesaria. Las baterías pueden estar integradas al equipo o pueden ser externas. La siguiente gráfica muestra la configuración general de estos equipos.
Las siguientes son características deseables para estos equipos:
- Mantener el suministro necesario para las cargas aun cuando la red pública falla.
- Suministrar la energía más económica disponible. Por ejemplo, si la energía solar es más económica que la de la red, debe dar prioridad a la solar.
- Debe usar la red solo cuando la energía fotovoltaica no es suficiente para mantener las cargas.
- Si la energía fotovoltaica no es suficiente, debe activar la red de forma inmediata.
- Debe admitir diferentes configuraciones para situaciones diferentes. Así el usuario debe por ejemplo definir si quiere que las baterías sean o no cargadas con energía de la red. En caso positivo, se debe poder definir hasta que estado de carga se quiere cargar las baterías con la red.
Almacenamiento
Es en este momento la parte más costosa de un sistema aislado o interconectado con almacenamiento. Es también vital en sistemas modernos. Se usan de plomo ácido, abiertas o selladas, con placa positiva tubular para uso cíclico. Si se permite una descarga demasiado profunda de las baterías, van a durar poco. Si se permite poca descarga, la batería estaría siendo subutilizada. En el caso de baterías de plomo ácido, se recomienda permitir una descarga del 50%. Así se maximiza la cantidad de energía que una batería puede almacenar a lo largo de su vida útil. Las baterías de ion litio admite una descarga más profunda.
En diferentes situaciones se quiere permitir una descarga diferente de las baterías. Por ejemplo, si nunca quiere tener un apagón, es recomendable aceptar una descarga muy profunda en las baterías. Si se quiere optimizar la vida útil de las baterías, es recomendable no permitir que se descarguen mucho. Por esto el parámetro de descarga debe ser configurable.
Monitoreo
Para asegurarse de que el sistema funciones de acuerdo a las expectativas se debe tener un sistema de monitoreo. Hay diversas opciones de software, en general con datos que van a través de un router a la nube. Los datos que se quieren recoger son:
- Estado de carga de las baterías.
- Generación fotovoltaica.
- Perfil de carga.
- Dinero que se deja de consumir de la red.
La información debe ser fácil de interpretar en un una aplicación gráfica. Puede ser accesible por internet y también es bueno recibirla vía bluetooth.
Funciones necesarias en el exterior
En muchos países del mundo hay una tarifa de alimentación y contadores que tienen en cuenta la hora en que la energía es consumida o suministrada a la red. En Colombia esto no existe pero según la ley 1715 pronto va a regir resoluciones que van a permitir el uso de redes inteligentes. Con una regulación adecuada y el uso masivo de estos equipos se puede optimizar la penetración de la energía renovable en las redes eléctricas y minimizar el tamaño de las redes de transmisión y distribución sin comprometer la calidad del servicio eléctrico. El equipo que está siendo diseñado por inti va a cumplir con las funciones necesarias para optimizar el uso de la generación distribuida.
Futuro
En este momento equipos multifuncionales para suministro de energía eléctrica tienen un mercado reducido por el costo de las baterías. La principal motivación para tener uno de estos sistemas es seguridad en el suministro de energía. Sin embargo, hace pensar que la entrada de nuevas tecnologías va a generar un aumento importante en su vida útil y una caída continua en el costo de la energía almacenada. La tecnología más promisoria parece ser de LiFePO4 (Litio Hierro Fosfato). Inti está ahora desarrollando un equipo multifuncional con baterías de litio integradas que puede ser utilizado en sistemas aislados o en sistemas interconectados para ofrecer mayor fiabilidad al suministro de energía y, en algunos casos, bajar los costos del consumo energético. Un prototipo del equipo está ahora siendo evaluado en el laboratorio de Energía y Movilidad. Este funciona ahora con batería de plomo ácido y está ahora suministrando la energía necesaria para el funcionamiento de la oficina. Las cargas incluyen nevera, computadores, horno microondas, cafetera, videobeam e iluminación. Está solución se va a poder replicar en cualquier otro sitio. Al ser un equipo integrado de bajo peso su instalación es muy sencilla.