CÓMO DERROTAR LA CURVA DEL PATO in Solar Power Generation

Last updated on marzo 13th, 2024 at 02:46 am

Mensaje de invitado: Kyle Petitt

Energía renovable

Las tecnologías de energía renovable históricamente han luchado por competir con la producción de energía de combustibles fósiles. Las energías renovables proporcionan una producción de energía limpia y libre de emisiones de carbono. Pero, hasta hace poco, han sido más costosas de producir y mantener que sus contrapartes basadas en petróleo [1].

Cada método de producción de energía renovable tiene sus propios desafíos. La infraestructura de combustibles fósiles existente es costosa de reemplazar. Sin embargo, con los avances tecnológicos actuales, la presión social y los subsidios gubernamentales, el mundo avanza hacia un futuro más verde.

Producción fotovoltaica frente a la demanda de energía de los consumidores

La producción de energía fotovoltaica, o energía solar, es una de las fuentes de energía renovable más prometedoras. También es la fuente de energía más abundante del planeta [2]. Sin embargo, como otras fuentes de energía renovable, tiene sus limitaciones.

En este caso, las mayores limitaciones son la disponibilidad y la coherencia. El sol sale y se pone produciendo diferentes cantidades de energía a lo largo del día y dependiendo del clima.

En la mayoría de las regiones, hay largos períodos sin producción de energía fotovoltaica. Durante el día, la producción máxima alcanza su punto máximo al mediodía, como muestra la línea gris en la figura 1. Además de esto, las demandas de energía del consumidor fluctúan a lo largo del día. Estas demandas de energía generalmente siguen patrones coherentes basados en la fecha y la hora. Así, las compañías eléctricas logran predecir cuánta energía necesitan producir para mantenerse al día. Por ejemplo, hay un uso mínimo en la mitad de la noche y un uso máximo alrededor del atardecer (tal como lo muestra la línea azul en la figura 1).

Figura 1: Se muestra una comparación del uso de energía por parte de los consumidores y la producción de energía solar [4].

¿Qué es una curva del pato?

La incorporación de energía fotovoltaica en una red eléctrica reduce la cantidad total de energía suplementaria que se debe producir, pero complica las tasas de producción a lo largo del día. La producción de energía suplementaria requerida se muestra con la línea naranja en la figura 1. La forma extraña que se crea es la «curva de pato».

¿Por qué son malas las curvas de patos?

La incorporación de energía fotovoltaica complica las tasas de producción de energía a lo largo del día. En lugar de seguir un patrón diario predecible de producción de energía, las compañías eléctricas ahora tienen que dar cuenta de la producción fotovoltaica en el día a día, incluidos los efectos climáticos impredecibles. Se producen dos problemas principales. El primero de ellos es que algunas redes eléctricas no son flexibles.

El consumo de energía de los consumidores alcanza su punto máximo justo cuando la producción fotovoltaica desciende. Esto provoca un fuerte aumento de la demanda de producción de energía suplementaria. Algunas redes con infraestructura más antigua tienen dificultades para aumentar la producción de energía lo suficientemente rápido como para satisfacer esta demanda [5].

Para empeorar las cosas, el uso más amplio de tecnologías fotovoltaicas agrava el problema. La producción fotovoltaica total aumentará, lo que conducirá a un incremento aún más pronunciado de la demanda de energía suplementaria al atardecer, tal como se puede ver en la figura 2. El segundo problema importante con la curva de pato es la posibilidad de la sobreproducción.

La mayoría de las plantas de energía necesitan operar continuamente para seguir siendo rentables. Esto significa que estas plantas de energía producen una cantidad mínima de energía. Si la suma de esta producción mínima de energía y la cantidad de energía fotovoltaica que se produce es mayor que la demanda energética de los clientes, entonces la red estará sobreproduciendo.

Sin ningún lugar al que pueda ir esta energía, la red corre el riesgo de sufrir daños o sobrecargas [3]. Redirigir la energía a los sistemas de almacenamiento o residuos, o apagar una parte de las células fotovoltaicas puede evitar la sobreproducción.

Figura 2: Se muestra la curva de pato predicha de California de 2012 a 2020 [4]

¿Qué podemos hacer para vencer la curva de pato?

La curva de pato es el mayor obstáculo que impide los avances de la energía fotovoltaica, pero existen estrategias para mitigar sus causas y efectos.

La estrategia más prometedora, y probablemente la más obvia, es almacenar el exceso de energía para su uso posterior. Esta energía se puede almacenar de muchas formas. Con los recientes avances en las tecnologías de baterías, el precio de las baterías de iones de litio ha disminuido considerablemente [6], lo que hace que el almacenamiento en baterías a corto plazo sea económico y eficaz. Al almacenar energía en baterías, la energía está fácilmente disponible en forma de electricidad y se puede distribuir según sea necesario.

La energía también se puede almacenar en sistemas de almacenamiento de energía térmica donde se puede utilizar para calentar agua o aire para uso doméstico o industrial, reduciendo así la cantidad de energía necesaria para calentarla a la temperatura deseada.

La disminución de las demandas repentinas de energía al atardecer también ayudaría a mitigar los problemas provocados por la curva de pato. Cuando se pone el sol, la gente enciende las luces. Por ejemplo, al cambiar a bombillas LED, que son más eficientes energéticamente, se puede reducir la demanda de energía del consumidor.

Otra estrategia de mitigación de la curva de pato es diversificar los métodos de producción de energía. La incorporación de múltiples tecnologías de generación de energía reduce las deficiencias de cualquier método. Por ejemplo, incorporar un 15 % de generación de energía fotovoltaica y un 15 % de energía eólica en la estrategia de producción de energía en lugar de un 30 % de energía fotovoltaica suavizaría las características de la curva de pato y reduciría el riesgo de sobreproducción.

Una estrategia teórica que se propone a menudo es aumentar el tamaño y la escala de las redes eléctricas individuales y combinarlas en grandes áreas geográficas para aumentar el período durante el cual se puede producir energía fotovoltaica. De esta manera, el exceso de energía se puede distribuir donde se necesita cuando se la requiera. Una red eléctrica mundial teórica siempre tendría acceso a la luz solar y, por lo tanto, a la energía fotovoltaica.

La curva de pato es el obstáculo más grande en la búsqueda de un sistema de energía fotovoltaico. Afortunadamente, a medida que avanzan la tecnología y las estrategias de mitigación, la curva de pato se vuelve más manejable.