¿Cuál es la penetración de paneles solares que puede admitir mi red de distribución?
Esta pregunta empieza a atormentar a muchos operadores de sistemas de distribución que ven cómo aumenta la generación distribuida en sus redes y se preguntan cuál es el límite. Hasta ahora, en muchos países, los operadores de los sistemas de distribución no tienen ningún control sobre estas fuentes de generación a pequeña escala, como los paneles solares (FV) conectados a 220v o 400v. De hecho, no tienen mucha visibilidad sobre lo que ocurre en baja tensión, y tiene sentido empezar a preguntarse cuándo y dónde habrá problemas.
La respuesta corta a la pregunta es, como casi todo en la vida, "depende".
Los sistemas eléctricos son como ecosistemas en los que todo está conectado y es dependiente. En los ecosistemas oceánicos, si no se protege a los tiburones, los arrecifes de coral se ven afectados. Nadie pensaba que hubiera una relación directa hasta que encontraron la correlación. En los sistemas eléctricos ocurre lo mismo. Es muy difícil responder a una pregunta sencilla, como cuál es el nivel de penetración de la energía fotovoltaica hace que se dispare, con una sola cifra, cuando la respuesta depende de muchas variables que están interconectadas. Cuando mueves una variable, estás afectando a todas, y tener el equilibrio óptimo no es tan sencillo.
Cuando hablamos de una gran penetración de la generación distribuida, la gente intuye que será un problema, y ya hay varios informes en los medios de comunicación sobre este tipo de situaciones . Por ejemplo, en Australia Meridional, la penetración de la energía fotovoltaica en los hogares ronda el 35% ,y durante febrero de 2021, las autoridades energéticas tuvieron que desconectar la energía fotovoltaica doméstica para preservar la estabilidad de la red.
El principal problema no era la elevada penetración fotovoltaica. El problema era una combinación de factores "ecosistémicos": Domingo - Verano - Sol. La combinación de las tres produjo una situación en la que más del 70% del consumo eléctrico del Estado procedía únicamente de paneles solares instalados en tejados, lo que obligó a la autoridad energética a cerrar.
Llegados a este punto, algunos pueden pensar: "Vale, bien, esto no es un problema para nosotros. No tenemos tanto sol como en el sur de Australia", y aquí es donde cobra relevancia la importancia de comprender el "ecosistema".
Tradicionalmente, y sobre todo en la distribución eléctrica terminal, la red funcionaba como un sistema de tuberías que distribuía la energía entre los usuarios, generando flujos de potencia claramente definidos en una única dirección, de aguas arriba a aguas abajo. Esto significaba que los perfiles de tensión eran siempre decrecientes a medida que nos desplazábamos desde la cabecera de un alimentador de un transformador hasta su extremo. Los transformadores con tomas regulaban la tensión en su secundario sabiendo con certeza que ese era el punto de máxima tensión en el alimentador y que a partir de ahí la tensión disminuiría. Era relativamente sencillo regular la tensión para garantizar un nivel de tensión mínimo razonable y una reducción de las pérdidas en la red de distribución.
Hoy en día, la aparición de generación distribuida en la red de baja tensión provoca flujos de potencia inversa que confunden a los algoritmos de control de los cambiadores de tomas en el caso de los cambiadores de tomas automáticos o confunden a los operadores de red en el caso de las tomas con tomas manuales. En cualquier caso, la aparición de flujos de potencia inversa en ciertas fases de ciertos alimentadores durante ciertas épocas del año significa que los perfiles de tensión no son monotónicamente decrecientes y que la regulación de la tensión en los alimentadores no es una cuestión trivial.
El año pasado nos encontramos con una situación en la que el propietario de un panel fotovoltaico en una red distribuida rural se quejaba mucho al operador del sistema de distribución porque le desconectaban de la red con mucha frecuencia.
La empresa distribuidora culpó al fabricante del convertidor fotovoltaico de este hogar fotovoltaico alegando que el convertidor era el causante de la desconexión. El fabricante del convertidor fotovoltaico declaró que había suministrado un producto conforme y que cumplía todos los requisitos necesarios en la red, y que el disparo había sido generado por la configuración de la protección contra sobretensiones. El minorista que trabajaba con el propietario culpó al operador del sistema de distribución por crear este perfil de alta tensión... y al final, hubo un cliente descontento.
Tras modelar el problema con nuestro gemelo digital, observamos que un aumento del flujo de potencia en el transformador hacía que el operador del sistema reaccionara aumentando la tensión para evitar que la tensión de final de línea cayera por debajo de los límites permitidos. Sin embargo, en este caso el flujo de potencia, generado principalmente por el generador fotovoltaico, se habia revertido en una de las fases. La inyección de potencia al final de la línea elevó la tensión en el punto de acoplamiento del convertidor FV por encima de la regulada en el transformador, alcanzando sobretensiones del 10% que provocaron el disparo de la protección del convertidor. En esos momentos, incluso cuando el convertidor ya no inyectaba potencia activa, su filtro inyectaba potencia reactiva, provocando que la tensión se mantuviera alta y retrasando el reenganche.
Llegados a este punto, algunos pueden volver a pensar: "¡Vale, de acuerdo! esto no es un problema para nosotros en este momento, ...y que un cliente se queje es algo que podemos manejar", y es cierto, pero la siguiente pregunta en la que hay que pensar es: "¿Y si hay una segunda fotovoltaica en el mismo ecosistema?".
El problema de la penetración de la generación distribuida no viene sólo de la potencia que los paneles solares pueden insertar en la red y de cuál es la penetración máxima que la red puede soportar. El problema de la generación distribuida viene de la interacción de todos los actores del sistema. Las tensiones se ven afectadas por el tipo de consumo o generación que haya en el sistema.
El número de escenarios a los que puede verse expuesta una misma sección de la red es infinito y esto hace que los procesos tradicionales para resolver estas situaciones sean lentos y reactivos. Para encontrar una solución a este problema, es necesario comprender lo que ocurre en todo el "ecosistema eléctrico" y encontrar la respuesta adecuada a cada situación en tiempo real. Algunos pueden pensar en empezar a poner medidas para controlar la generación fotovoltaica doméstica, y esto puede ser hoy un "parche fácil", pero ¿qué ocurrirá cuando los vehículos eléctricos puedan descargar sus baterías a conveniencia de forma económica?
Sólo modelizando la red y comprendiendo cómo afectan los cambios a la red se pueden tomar medidas proactivas para ahorrar tiempo, mejorar el SAIDI y el SAIFI, y ofrecer a los clientes finales experiencias con la electricidad sin fricciones.
