Un grupo de investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft (Países Bajos) ha propuesto el uso de la energía generada por los sistemas fotovoltaicos residenciales para las subestaciones de tracción y las cargas residenciales cercanas, en un esfuerzo por reducir las restricciones.
Las restricciones de la energía fotovoltaica residencial están aumentando en los Países Bajos, debido a los crecientes problemas de capacidad de la red, según ha informado recientemente el proveedor holandés de energía y gas Liander. Según la empresa, se ha producido un aumento de las restricciones de 1.074 en el primer semestre de 2022 a 3.476 en el mismo periodo de este año, siendo Gelderland y Noord-Holland las regiones más afectadas. Liander también espera que las restricciones sigan aumentando a medida que se instalen más sistemas fotovoltaicos, especialmente con la eliminación progresiva del sistema de medición neta en 2025.
Los científicos afirman que la integración de sistemas fotovoltaicos en redes de tracción urbana, como tranvías o trolebuses, plantea una serie de retos. Uno de ellos es que estas cargas son estocásticas e impredecibles debido al movimiento del vehículo. Así, cuando un vehículo se desplaza de una subestación a otra, la carga desaparece bruscamente de la primera subestación.
«Las redes de tracción son redes particulares sin cargas base y con picos de potencia elevados e impredecibles causados por la aceleración de los vehículos», explican.
En las cargas residenciales, por el contrario, existe una carga base, aunque no hay picos de carga durante los periodos de máxima generación de energía fotovoltaica.
«Por lo tanto, se espera que el acoplamiento de las subestaciones de tracción y las cargas residenciales cercanas produzca una sinergia que aumente la correspondencia global entre carga y generación», afirman los académicos. «Además, los sistemas fotovoltaicos en tejados pueden ofrecer espacio físico de instalación que, por otra parte, apenas está disponible en entornos urbanos para las redes de transporte».
En la configuración del sistema propuesto, las subestaciones de tracción y los hogares cercanos forman una única entidad de carga a través de la red de CA de baja tensión. Los sistemas fotovoltaicos residenciales de una zona determinada abastecen primero a las cargas residenciales más cercanas y luego envían el excedente de energía a través de la conexión de baja tensión a las cargas de tracción cercanas.
Mediante una serie de simulaciones, el grupo de investigación descubrió que el sistema tiene un efecto positivo tanto en las subestaciones de bajo tráfico como en las de alto tráfico cuando se comparte un sistema FV con cualquier número de hogares.
«Esto significa que un sistema compartido con múltiples partes interesadas ofrece una menor necesidad de almacenamiento, restricción e intercambio de red, así como un beneficio neto en la cobertura de carga directa por capacidad instalada», afirman los investigadores. «Esto significa que el rendimiento de la inversión en una parte de un sistema combinado aporta más cobertura de carga que haber instalado un sistema fotovoltaico dedicado a una parte interesada del tamaño de esa parte».
De cara al futuro, los científicos dijeron que tienen que identificar un método de dimensionamiento óptimo para el número de hogares conectados y el tamaño del sistema fotovoltaico en una subestación de tracción. Presentaron sus conclusiones en «A shared PV system for transportation and residential loads to reduce curtailment and the need for storage systems» (Un sistema fotovoltaico compartido para transporte y cargas residenciales para reducir las restricciones y la necesidad de sistemas de almacenamiento), publicado recientemente en Applied Energy.
En 2019, la organización benéfica contra el cambio climático 10:10, con sede en el Reino Unido, desarrolló una matriz solar de demostración en asociación con Community Energy South y el operador nacional de infraestructura ferroviaria Network Rail. Según sus desarrolladores, una planta solar puede conectarse teóricamente a cualquier subestación de tracción y abastecer de cinco a 10 km de la vía en cualquier dirección.
En marzo de 2022, el Banco de Desarrollo de Sudáfrica (DBSA) dio a conocer un plan para implantar soluciones de energía fotovoltaica en el sistema Gautrain, un sistema ferroviario de 80 km en Gauteng que une Johannesburgo, Pretoria, Ekurhuleni y el aeropuerto internacional O.R. Tambo.
En relación con los trenes solares, la compañía ferroviaria suiza South Eastern Railway AG (SOB) encargó hace unos años un estudio de viabilidad a Swiss CMT AG con el objetivo de reducir sus necesidades energéticas y sus costes de explotación. El estudio concluyó que la energía solar fotovoltaica es «adecuada» para su instalación en los tejados de las estaciones de tren, los vestíbulos y las paredes insonorizadas de las líneas ferroviarias.
Otro estudio reciente de la ONG india Climate Trends y la empresa británica de tecnología verde Riding Sunbeams sugiere que la energía solar autogenerada sería una forma óptima de ayudar a los ferrocarriles indios a cumplir su objetivo de cero emisiones netas para 2030, dada la rápida reducción de las emisiones de carbono y las ventajas económicas que ofrecería.
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