Tesis:
Contribución a la integración de sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica: Recurso solar y predicción de generación.
- Autor: MASA BOTE, Daniel
- Título: Contribución a la integración de sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica: Recurso solar y predicción de generación.
- Fecha: 2014
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE TELECOMUNICACION
- Departamentos: ELECTRONICA FISICA
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/29110/
- Director/a 1º: CAAMAÑO MARTIN, María Estefanía
- Resumen: En los últimos años se ha producido un aumento considerable de la potencia fotovoltaica instalada a nivel mundial, motivado por su carácter limpio y renovable de la misma, el futuro agotamiento de las fuentes de energía basadas en combustibles fósiles y la necesidad en algunos países de asegurar su independencia energética. En algunos países, como es el caso de Alemania, Italia o España, la proporción de electricidad final consumida de origen fotovoltaico es apreciable. Entre las aplicaciones de la energía solar fotovoltaica cabe destacar los edificios fotovoltaicos conectados a la red eléctrica, que permiten desplegar la energía solar fotovoltaica de manera distribuida (aplicación más importante de la energía fotovoltaica por potencia instalada a finales de 2011). El objetivo general de esta tesis ha sido contribuir a la integración en la red eléctrica de los edificios fotovoltaicos conectados a la red mediante el desarrollo y validación, en primer lugar, de métodos que permitan calcular la energía generada por un sistema fotovoltaico integrado en entornos urbanos, especialmente la caracterización del recurso solar disponible, limitado por las propias peculiaridades de este tipo de sistemas, para, a continuación, poder predecir dicha generación a corto plazo. La energía generada por un sistema fotovoltaico ubicado en un entorno urbano viene determinada, en gran medida, por el acceso al recurso solar de dicho sistema pues los entornos urbanos se caracterizan por la presencia de número de obstáculos de gran tamaño y geometría irregular que no solo incrementan las pérdidas debidas a sombras sino que también complican el cálculo de las mismas. Se ha desarrollado, por tanto, un procedimiento novedoso para el cálculo de pérdidas por sombras, que aúna precisión y sencillez, y que permite estimar las mismas en entornos complejos. Este procedimiento se ha incorporado a una metodología más amplía que permita el cálculo de la electricidad final generada por un sistema fotovoltaico. Esta metodología se ha evaluado de manera exhaustiva en un caso de estudio real durante un periodo de un año, alcanzándose una precisión inferior al 1% en el cálculo de la energía anual y de un 20% para valores horarios. Debido al creciente interés por la integración de energía solar fotovoltaica en entornos urbanos y al rápido crecimiento de la potencia instalada, se ha adaptado la metodología anterior de tal manera que permita calcular de manera rápida y sencilla las pérdidas debidas a inclinación y orientación respecto a la superficie óptima y las pérdidas debidas a sombras de manera simultánea para un elevado número de superficies captadores. La combinación de esta metodología con herramientas de tipo GIS (Geographic Information System) permite calcular de manera automática el potencial solar de entornos urbanos completos. Puesto que, como se ha indicado anteriormente, la proporción de energía eléctrica final proporcionada por sistemas fotovoltaicos empieza a ser relevante en varios países, no solo es necesario poder conocer cuánta electricidad genera un sistema fotovoltaico a partir de sus condiciones de operación sino la capacidad de poder conocer con antelación esta generación para poder incluir a la energía solar fotovoltaica en la gestión del sistema eléctrico. A tal efecto, se ha desarrollado un procedimiento de predicción de generación fotovoltaica basado en métodos estadísticos que tiene la ventaja de ser completamente local, no necesitando el aporte de datos por parte de agentes externos, circunstancia que le hace especialmente atractivo para su aplicación en edificios fotovoltaicos conectados a al red. Este procedimiento se ha evaluado a lo largo de un periodo de un año en dos casos de estudio. Junto al procedimiento desarrollado se ha evaluado otro basado en métodos numéricos de predicción meteorológica por ser estos de amplío uso. La precisión de ambos procedimientos es comparable aunque los modelos de predicción numérica consiguen una mayor precisión (54% 65%) que los basados en series temporales (66% 77%). Debido a la magnitud del error en ambos casos, superior al 50%, se han evaluado técnicas adicionales a las de predicción que permitan mitigar el efecto de este error. En primer lugar se explorado la posibilidad de reducir el error mediante la agregación de diversos sistemas fotovoltaicos dispersos entre sí, que permite reducir el error de predicción en un 32%. Por último se ha evaluado propuesto la combinación de generación fotovoltaica distribuida, gestión activa de la demanda y almacenamiento local como procedimiento para reducir el error de predicción a nivel de interfaz de un edificio con la red eléctrica, obteniéndose un error final en la energía intercambiada con la red en el entorno de 20-30%. Los resultados obtenidos en esta tesis muestran que es posible calcular tanto la energía generada por un sistema fotovoltaico como la esperable por el mismo empleando métodos sencillos, de fácil aplicación, razonablemente precisos y fiables, de gran adaptabilidad y con una importante economía de recursos y materiales.