La creciente capacidad de conexión a la red de la energía fotovoltaica y el consiguiente impacto en la red han creado condiciones más favorables para el desarrollo del almacenamiento de energía.
El almacenamiento de energía fotovoltaica se diferencia de la generación de energía conectada a la red en que utiliza baterías para el almacenamiento y dispositivos para su carga y descarga; la inversión inicial será mayor, pero el abanico de posibles aplicaciones será considerablemente más amplio. En este artículo, presentamos cuatro escenarios de aplicación de sistemas fotovoltaicos con almacenamiento de energía que corresponden a diversas aplicaciones: sistemas fotovoltaicos conectados a la red, sistemas fotovoltaicos aislados, sistemas híbridos de almacenamiento de energía y sistemas fotovoltaicos de almacenamiento de energía en microrredes.
1. Escenario para aplicaciones de almacenamiento de energía fotovoltaica fuera de la red
Los sistemas fotovoltaicos de almacenamiento y generación de energía fuera de la red se utilizan cada vez más en regiones montañosas remotas, zonas sin suministro eléctrico, islas, estaciones base de comunicaciones y alumbrado público, entre otros lugares donde pueden funcionar de forma autónoma sin depender de la red eléctrica.
El sistema consta de un conjunto de paneles fotovoltaicos, un inversor fotovoltaico, un sistema de almacenamiento de baterías y una carga eléctrica. Cuando hay luz, el conjunto fotovoltaico transforma la energía solar en energía eléctrica y, simultáneamente, alimenta la carga mediante el sistema integrado de control inverso, cargando además la batería. Cuando no hay luz, la batería alimenta la carga de corriente alterna a través del inversor.
Los sistemas de generación de energía fotovoltaica fuera de la red están diseñados específicamente para su implementación en regiones que carecen de redes eléctricas o que sufren cortes de energía frecuentes. Estos sistemas funcionan mediante un modelo de "almacenamiento y uso" o "primero almacenamiento y luego uso", similar a cómo se introduce el carbón vegetal en la nieve. En áreas sin red eléctrica o con apagones frecuentes que afectan a las familias, los sistemas fuera de la red son muy prácticos.
2. Escenarios para aplicaciones de almacenamiento de energía en redes híbridas fotovoltaicas
Los sistemas híbridos de almacenamiento de energía fotovoltaica conectados a la red se utilizan habitualmente durante los frecuentes cortes de suministro eléctrico. Las elevadas tarifas de autoconsumo impiden la generación de excedentes para Internet; las tarifas en horas punta son significativamente más caras que las tarifas en horas valle y las destinadas a otras aplicaciones.
El sistema se compone de paneles fotovoltaicos integrados con módulos de células solares, maquinaria para sistemas solares conectados y aislados de la red, baterías, cargas y otros componentes. En presencia de luz, el panel fotovoltaico transforma la energía solar en energía eléctrica y carga la batería, a la vez que suministra energía a la carga mediante el inversor de control solar. En ausencia de luz, la batería carga el inversor de control solar y, posteriormente, suministra energía a la carga de corriente alterna.
La inclusión de controladores de carga/descarga y baterías en el sistema conectado a la red y en el sistema aislado incrementa el costo total entre un 30 % y un 50 % en comparación con el sistema de generación de energía conectado a la red. Sin embargo, esta mejora amplía las posibles aplicaciones del sistema. En primer lugar, es posible configurar el sistema fotovoltaico para generar energía a su capacidad nominal durante los períodos de alta demanda eléctrica, con el fin de reducir los costos de electricidad. En segundo lugar, es posible cargar el sistema fotovoltaico durante el modo de funcionamiento aislado y descargarlo durante el período de máxima demanda eléctrica, aprovechando la diferencia de precio entre los segmentos de máxima y mínima demanda. Por último, en caso de que la red eléctrica no esté disponible, el sistema fotovoltaico funciona como fuente de alimentación de respaldo y el inversor puede desactivarse para operar en modo aislado. Actualmente, este escenario se implementa con mayor frecuencia en países desarrollados.
3. Escenarios de aplicación de sistemas de almacenamiento de energía fotovoltaica conectados a la red
Sistema de generación de energía fotovoltaica con almacenamiento en red, que opera en modo de acoplamiento de CA utilizando principalmente componentes fotovoltaicos y de almacenamiento de energía. Además de incrementar la proporción de autoconsumo autogenerado y almacenamiento distribuido fotovoltaico terrestre, almacenamiento de energía fotovoltaica industrial y comercial, y otras posibles aplicaciones, el sistema tiene la capacidad de almacenar el excedente de generación de energía.
Los módulos de células solares conforman el conjunto fotovoltaico, que se complementa con un paquete de baterías, un controlador de carga/descarga (PCS) y una carga que consume energía. Cuando la energía solar es insuficiente para cubrir la carga, el sistema se alimenta parcialmente con energía solar y la red eléctrica. Por el contrario, cuando la energía solar supera la carga, una parte se utiliza para alimentar la carga, mientras que el resto se almacena mediante el controlador. Además, el sistema de almacenamiento de energía puede emplearse en la gestión de la demanda, el arbitraje de picos y valles de consumo, y otros escenarios para aumentar la rentabilidad del sistema.
En el mercado energético chino, el sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica conectado a la red ha despertado un gran interés como una aplicación emergente de energía renovable. Al integrar un dispositivo de almacenamiento de energía, la generación de energía fotovoltaica y una red de corriente alterna, el sistema maximiza el aprovechamiento de la energía renovable.
4. Escenarios para aplicaciones de sistemas de almacenamiento de energía en microrredes
Debido a su importancia como dispositivo de almacenamiento de energía, el sistema de almacenamiento de energía en microrredes está adquiriendo una posición más destacada en el sistema eléctrico y el desarrollo de nuevas energías en China.
A medida que las energías renovables ganan popularidad y los avances científicos y tecnológicos continúan progresando, los escenarios de aplicación para los sistemas de almacenamiento de energía en microrredes siguen creciendo. Estos escenarios se refieren principalmente a los dos aspectos que se enumeran a continuación:
1). Sistema de generación y almacenamiento de energía distribuida: La generación de energía distribuida consiste en la instalación de pequeños generadores cerca del usuario final, utilizando fuentes como la energía eólica, la solar fotovoltaica y otras. El excedente de energía generada se almacena en un sistema de almacenamiento, que sirve como fuente de respaldo durante períodos de alta demanda eléctrica o cortes de suministro en la red.
2). Respaldo de energía de microrred: Para un suministro de energía local confiable en áreas remotas, islas y otros lugares con difícil acceso a la red eléctrica, los sistemas de almacenamiento de energía de microrred se pueden utilizar como fuentes de energía de reserva.
Mediante la complementación multienergética, las microrredes optimizan el aprovechamiento del potencial de la energía limpia distribuida. Esto les permite mitigar aspectos desfavorables como la capacidad limitada, la generación de energía poco fiable y la inestabilidad del suministro eléctrico independiente, al tiempo que garantizan el funcionamiento seguro de la red eléctrica principal. En consecuencia, las microrredes constituyen un valioso complemento para la red eléctrica principal. El alcance de los escenarios de aplicación de las microrredes es considerablemente mayor, abarcando desde unos pocos kilovatios hasta decenas de megavatios, y la variedad de posibles implementaciones es mucho más amplia.
Los patrones de utilización del almacenamiento de energía fotovoltaica son amplios y variados, abarcando microrredes, sistemas aislados y sistemas conectados a la red. Las aplicaciones prácticas de las energías renovables se caracterizan por los beneficios y atributos únicos de cada tipo de escenario, que en conjunto proporcionan a los usuarios energía fiable y eficaz.
A medida que la tecnología fotovoltaica siga avanzando y sus costes disminuyan, el almacenamiento de energía fotovoltaica adquirirá una mayor relevancia en el sistema energético del futuro. Al mismo tiempo, el desarrollo e implementación de diversos escenarios impulsará el rápido progreso del emergente sector energético chino y contribuirá a la transformación energética y al desarrollo sostenible y con bajas emisiones de carbono.
