En un esfuerzo por reducir la demanda de materias primas en medio de la continua expansión de la energía fotovoltaica, el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar ISE está estudiando un enfoque prometedor para pasar del nivel de baja tensión al de media tensión en las centrales fotovoltaicas.
En colaboración con socios industriales, el instituto está planificando sus primeras centrales piloto con esta tecnología y aspira a lanzarla al mercado. Para dar el pistoletazo de salida a su nuevo campo de investigación, “Medium Voltage – A Resource-Efficient Way to Interconnect” (Media tensión: una forma de interconectar que ahorra recursos), Fraunhofer ISE presentará el primer inversor fotovoltaico de string de media tensión del mundo y un inversor de baterías de media tensión en la feria Intersolar Europe 2024 de Múnich (19-21 de junio).
En su proyecto MS-LeiKra, Fraunhofer ISE desarrolló y demostró el primer inversor fotovoltaico de string de media tensión del mundo.
Imagen: Fraunhofer ISE
Según el instituto, para 2050 deberán instalarse en todo el mundo unos 73 TW adicionales de potencia fotovoltaica. “Esto conllevará una demanda cada vez mayor de materias primas: Según el informe ‘Global Critical Minerals Outlook 2024’ de la Agencia Internacional de la Energía, la demanda de cobre superará la oferta anunciada a partir de 2025”.
“Aumentar la tensión del sistema puede ayudar a disminuir esta demanda, ya que la correspondiente disminución de la corriente del sistema puede suponer un ahorro considerable de materias primas”, explica Andreas Hensel, director del grupo de Electrónica de Alta Potencia y Tecnología de Sistemas del Fraunhofer ISE.
Por ejemplo, aumentar la tensión de salida de 800 VCA a 1.500 VCA supone un ahorro del 75% en la sección transversal del cable con la misma potencia. También suele ser más fácil tender y conectar secciones de cable más pequeñas, lo que reduce los costes de instalación. “Ahora que los costes de los módulos fotovoltaicos han caído un 90% desde 2010 debido al progreso tecnológico y a las economías de escala, la instalación y los componentes de equilibrio del sistema se han convertido en las mayores palancas de ahorro”, añade Hensel.
“El paso de la baja a la media tensión también puede aumentar la potencia de salida de los subsistemas: A una tensión de salida de 1.500 V, ya son posibles de 10 a 12 MVA en un transformador, en lugar de los 3 a 5 MVA por transformador que siguen siendo habituales hoy en día”, señala Fraunhofer ISE. “Así, se necesitan menos transformadores y aparamenta para las centrales eléctricas con interconexiones de media tensión. Esto reduce tanto los costes de construcción como los de instalación”.
El paso a la media tensión ha sido posible gracias al desarrollo de componentes de carburo de silicio (SiC) de alta tensión con altas velocidades de conmutación. En la actualidad se comercializan componentes de SiC de hasta 3,3 kV.
El año pasado, Fraunhofer ISE desarrolló el primer inversor de string fotovoltaico de media tensión (MS-PV) del mundo como parte de su proyecto MS-LeiKra y lo puso en funcionamiento con éxito en la red. El inversor de dos etapas tiene una tensión de salida de 1.500 VCA a una potencia de 250 kVA.
“Hemos demostrado que se ha establecido el rumbo tecnológico para la transición a la media tensión”, afirma Christian Schoener, director de proyecto de Media Tensión en Fraunhofer ISE. “Debido al enorme aumento de la demanda de materias primas, estamos convencidos de que la cuestión ya no es si se introducirá la tecnología de media tensión, sino quiénes serán los primeros actores en este prometedor mercado.” El instituto está planificando actualmente su primer sistema piloto fotovoltaico basado en el inversor monofásico MS-PV.
Durante un taller sobre MS-PV celebrado en abril, se formó un consorcio europeo integrado por representantes de todas las áreas del sector fotovoltaico a gran escala. El consorcio está trabajando en el establecimiento de los requisitos tecnológicos y normativos necesarios para dar el salto a la tecnología de media tensión. “Como consorcio potente y abierto a nuevos participantes, podemos superar juntos los obstáculos existentes y lograr la optimización de toda la central”, añade Schöner.
“Las centrales fotovoltaicas a escala comercial son solo el principio: La infraestructura de carga, las redes industriales, las grandes bombas de calor, los sistemas de almacenamiento en baterías, los electrolizadores y las turbinas eólicas son también interesantes áreas de aplicación para el nivel inferior de media tensión”, explica el instituto. “Las tensiones de sistema más altas permiten un ahorro considerable de material, costes y espacio, y abren arquitecturas de sistema completamente nuevas para las centrales híbridas renovables, cuyos componentes individuales están interconectados a través de la media tensión”.
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