A medida que crecen los desarrollos y las inversiones en sistemas de energía solar, la necesidad de disponer de datos precisos y fiables adquiere una importancia vital para cualquier tipo de aplicación solar. El Programa de Sistemas de Energía Fotovoltaica de la Agencia Internacional de la Energía (PVPS de la AIE) ha estado a la vanguardia del avance de la investigación, difundiendo información valiosa y garantizando la integración sin problemas de la energía solar en los sistemas energéticos modernos. Durante muchos años, un recurso clave en esta misión ha sido el «Best Practices Handbook for the Collection and Use of Solar Resource Data» (Manual de mejores prácticas para la recopilación y el uso de datos sobre el recurso solar), ahora en su cuarta edición.
El manual ha sido elaborado bajo la dirección del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) junto con 51 autores de 15 países que trabajan en el marco de la tarea 16 de la AIE PVPS sobre «Recurso solar para aplicaciones de alta penetración y a gran escala». Marca la rápida evolución en el campo de la evaluación y previsión del recurso solar, y refleja el considerable progreso que se ha producido desde 2021 en la medición y modelización de la radiación solar y temas relacionados.
Este artículo profundiza en los últimos avances presentados en el manual, resumiendo sus actualizaciones más significativas y examinando por qué es esencial disponer de datos precisos sobre el recurso solar para invertir y desplegar eficazmente la energía solar.
La importancia de los datos sobre recursos solares
Las tecnologías de energía solar han experimentado un enorme crecimiento en las últimas décadas, impulsadas tanto por los avances tecnológicos como por la necesidad cada vez mayor de energía libre de carbono. De hecho, su despliegue alcanzó más de 1 TW de capacidad instalada en todo el mundo en 2022, y se ha convertido en una de las tecnologías energéticas más competitivas en términos de costes.
Como tal, disponer de datos precisos sobre el recurso solar es fundamental para cualquier tipo de aplicación solar, ya que influye en la viabilidad del proyecto, el modelado del rendimiento y la eficiencia operativa. Como se indica en el manual, unos datos precisos sobre la irradiación solar permiten a los promotores predecir la producción de energía, optimizar el diseño de los sistemas y calcular la rentabilidad de la inversión en proyectos solares a gran escala.
El manual subraya que los datos sobre el recurso solar no sólo afectan a los aspectos técnicos de la generación de energía, sino que también desempeñan un papel crucial a la hora de realizar un análisis financiero financiable para distintos tipos de proyectos. Esta cuestión reviste aún mayor importancia cuando se trata de datos de irradiancia a largo plazo para las variaciones estacionales y diarias, que ayudan a los promotores a mitigar los riesgos financieros.
Comprender los componentes de la radiación solar
El manual subraya repetidamente que, para comprender plenamente la irradiancia solar, es vital entender cómo interactúa con la atmósfera terrestre. La irradiancia solar está compuesta por varios componentes que son relevantes para las tecnologías de conversión de la energía solar: irradiancia normal directa (DNI), irradiancia horizontal difusa (DHI) e irradiancia horizontal global (GHI). Cada una de ellas desempeña un papel diferente en la producción de energía en función de la tecnología solar utilizada, como los sistemas ESTC que dependen en gran medida de la DNI y los sistemas FV que utilizan tanto la DNI como la DHI.
El manual ofrece definiciones detalladas del espectro de irradiancia extraterrestre, la constante solar y el efecto que tienen las condiciones atmosféricas en los niveles de irradiancia. Comprender estos factores es fundamental tanto para diseñar sistemas de energía solar como para prever su rendimiento.
Técnicas de medición y recogida de datos
El manual describe en detalle varias prácticas óptimas para garantizar la precisión en la medición de la radiación solar, un componente vital del diseño, la implementación y el funcionamiento de los proyectos de plantas de energía solar.
Cada proyecto utiliza diferentes tipos de tecnología solar, y algunos de los radiómetros de interés para capturar medidas incluyen piranómetros para GHI, pirheliómetros para DNI y pirgeómetros para radiación de onda larga. Cada una de estas herramientas tiene sus puntos fuertes y sus desventajas, y la selección de la herramienta adecuada depende de las necesidades específicas del proyecto.
Además de elegir las tecnologías de sensores adecuadas, también es vital que funcionen correctamente y se mantengan para generar datos fiables de medición de la irradiancia.
Otro factor que hay que tener en cuenta al planificar un proyecto es que la estación debe estar diseñada para evitar los efectos del sombreado u otras influencias externas, y es imprescindible que personal cualificado realice inspecciones periódicas.
Evaluación de la calidad de los datos y variables a tener en cuenta
Un nuevo capítulo sobre la evaluación de la calidad de los datos hace hincapié en las mejores prácticas para evitar mediciones inexactas, que pueden producirse por un mal funcionamiento de los instrumentos, factores ambientales o descuidos humanos.
Dado que la precisión de los datos de irradiancia modelizada se aproxima a la de la irradiancia medida, los autores explican conceptos introductorios de evaluación y control de la calidad, así como muchos procedimientos específicos, como las mediciones de radiómetros inclinados, fotodiodos, sensores espectrales y células fotovoltaicas de referencia.
El manual también sugiere la aplicación de pruebas automatizadas e inspecciones visuales diarias para señalar puntos de datos erróneos o sospechosos, junto con el análisis de conjuntos de datos a largo plazo para detectar potencialmente algunos problemas de medición que podrían no haberse detectado.
Aunque la radiación solar es el tema principal de la publicación, también destaca que hay que tener en cuenta otras variables meteorológicas, debido a los efectos que pueden tener en las instalaciones solares. Entre las más destacadas están la temperatura ambiente del aire, la suciedad de los colectores solares, las condiciones del viento, la humedad, las precipitaciones y la presión atmosférica.
Estas consideraciones deben ampliarse para tener en cuenta las inevitables variaciones naturales causadas por la geometría Sol-Tierra, así como los procesos atmosféricos y los patrones meteorológicos o climáticos a diversas escalas temporales. Comprender esto es clave para diseñar y financiar adecuadamente los grandes proyectos de energía solar.
Previsión y modelización
La recogida de datos es sólo uno de los aspectos de la gestión de datos solares. El otro es la previsión a corto plazo, vital para la gestión de las redes eléctricas y los sistemas de gestión de la energía, así como para la comercialización de la energía solar.
Los distintos horizontes de previsión se adaptan mejor a diferentes datos y modelos de entrada y, en función de la resolución espaciotemporal, pueden obtenerse a partir de imágenes todo cielo (ASI), imágenes de satélite y modelos numéricos de predicción meteorológica (NWP).
El manual también destaca el papel cada vez más importante que desempeñan los métodos estadísticos y de aprendizaje automático (ML) en la previsión de la irradiancia solar y la potencia, y cómo pueden complementar los modelos empíricos y físicos
Al integrar los modelos de previsión y las entradas, los servicios fotovoltaicos pueden aportar una importante optimización. Algunos ejemplos destacados son los sistemas de previsión intradiaria con varias horas de antelación que integran mediciones en línea, previsiones por satélite y previsiones de modelos NWP, o los sistemas de previsión diurna que combinan diferentes modelos NWP.
Cómo pueden aplicarse los datos del recurso solar a los proyectos energéticos
¿Cómo se puede dar un uso práctico a todos estos datos? La sección de aplicaciones prácticas del manual es especialmente relevante para promotores, ingenieros y financieros, ya que proporciona un ejemplo de un proyecto hipotético y los diferentes tipos de datos que se necesitarían en todas las fases de un proyecto (Prefactibilidad y planificación, Factibilidad, Due diligence y financiación, y Operaciones y mantenimiento).
Este capítulo también analiza el tipo de datos de irradiación solar necesarios para los distintos tipos de proyectos solares, como los colectores térmicos planos, la calefacción y refrigeración solar en edificios, las redes eléctricas inteligentes, la desalinización solar y otras aplicaciones químicas.
Un tema clave en todo el manual es cómo la bancabilidad de los conjuntos de datos de radiación solar es un componente crucial para garantizar la financiación y el seguro de los proyectos de energía solar. Contar con una evaluación precisa de los riesgos y los beneficios potenciales de un proyecto aumentará la confianza en el mismo, lo que a su vez redundará en un incremento de las inversiones y en una mayor adopción de las fuentes de energía renovables.
Trabajo futuro
Dado que el avance de los métodos de generación de energía solar requiere nuevas mejoras en nuestra comprensión, determinación y previsión de los recursos de radiación solar, el manual desarrolla el plan de trabajo de la tarea 16 de la AIE PVPS sobre «Recurso solar para aplicaciones de alta penetración y a gran escala».
También hay varias sugerencias sobre áreas de investigación futura, como el impacto del cambio climático en los niveles de radiación solar y el potencial de las nuevas técnicas de aprendizaje automático para mejorar tanto la evaluación del recurso solar como la precisión de las previsiones.
Autor: Ignacio Landivar
Descargar el manual
Para acceder al Manual de buenas prácticas para la recopilación y el uso de datos sobre el recurso solar, puede descargar la cuarta edición aquí.
Acerca de IEA PVPS Task 16
IEA PVPS Task 16 se centra en el estudio y avance de los datos y previsiones del recurso solar para aplicaciones solares de alta penetración y a gran escala. Su trabajo apoya el despliegue de la energía solar mediante el desarrollo de mejores prácticas, la mejora de la precisión de los datos de los recursos solares, y la mejora de los métodos de previsión de la disponibilidad de energía solar. La Task reúne a expertos de todo el mundo para mejorar la calidad y la financiabilidad de los proyectos solares, proporcionando herramientas y conocimientos esenciales para inversores, promotores y planificadores energéticos.
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