Tendencia 1: Generador PV+ESS
A medida que más energía renovable está alimentando las redes eléctricas, surgen diversos problemas técnicos complejos en términos de estabilidad del sistema, equilibrio de potencia y calidad de la energía.
Por lo tanto, se necesita un nuevo modo de control para aumentar la capacidad de respuesta y control de la potencia activa/reactiva, así como para mitigar activamente las fluctuaciones de frecuencia y voltaje. Con la integración de los sistemas fotovoltaivos (PV) y de almacenamiento de energía (ESS), así como la tecnología de formación de redes, podemos construir «generadores inteligentes PV+ESS» que utilicen control de fuentes de voltaje en lugar de control de fuentes de corriente, que ofrezcan un sólido soporte de inercia, estabilización de voltaje transitorio y capacidades de eliminación de fallas. Esto transformará la energía fotovoltaica de seguimiento de la red a formación de la red, lo que ayudará a aumentar la inyección de energía fotovoltaica.
Un hito en la práctica de estas tecnologías fue el proyecto del Mar Rojo en Arabia Saudita, en el que Huawei proporcionó un conjunto completo de soluciones que incluyen un controlador fotovoltaico inteligente y un sistema de almacenamiento de energía en baterías de litio (BESS) como uno de los principales socios. Este proyecto utiliza 400 MW de PV y 1,3 GWh de ESS para sostener la red eléctrica, que reemplaza a los generadores diésel tradicionales y suministra energía limpia y estable para un millón de personas, construyendo la primera ciudad del mundo alimentada por energía 100 % renovable.
Tendencia 2: Alta densidad y confiabilidad
La tendencia estará marcada por la alta potencia y la confiabilidad de los equipos en las plantas fotovoltaicas. Tomemos como ejemplo los inversores fotovoltaicos. En la actualidad, el voltaje DC de los inversores se incrementa de 1100 V a 1500 V. Con la aplicación de nuevos materiales como carburo de silicio (SiC) y nitruro de galio (GaN), así como la plena integración de las tecnologías digital, de electrónica de potencia y de gestión térmica, se estima que la densidad de potencia de los inversores aumentará en torno al 50 % en los próximos cinco años, y se podrá mantener la alta confiabilidad.
La planta fotovoltaica de 2,2 GW en Qinghai, China, se encuentra a 3100 m sobre el nivel del mar y cuenta con 9216 controladores fotovoltaicos (inversores) inteligentes de Huawei que funcionan de manera estable en este difícil entorno. Las horas de disponibilidad total de los inversores de Huawei superan las 20 millones de horas, y la disponibilidad alcanza el 99,999 %.
Tendencia 3: Electrónica de potencia a nivel de módulo (MLPE)
Impulsada por las políticas de la industria y los avances tecnológicos, la energía fotovoltaica distribuida ha sido testigo de un vigoroso desarrollo en los últimos años. Enfrentamos desafíos como la forma de mejorar el uso de los recursos de los techos, asegurar un alto rendimiento energético y cómo garantizar la seguridad del sistema PV+ESS. Por lo tanto, es imprescindible realizar una mejor gestión.
En un sistema fotovoltaico, la electrónica de potencia a nivel de módulo (MLPE) se refiere a equipos electrónicos de potencia que pueden realizar un control exhaustivo en uno o más módulos fotovoltaicos, incluidos microinversores, optimizadores de potencia y seccionadores. La MLPE aporta valores únicos como generación de energía a nivel de módulo, monitoreo y apagado seguro. A medida que los sistemas fotovoltaicos se están volviendo más seguros e inteligentes, se espera que la tasa de penetración de la MLPE en el mercado fotovoltaico distribuido alcance del 20 % al 30 % para 2027.
Tendencia 4: Almacenamiento de energía en cadena
En comparación con las soluciones ESS centralizadas tradicionales, la solución Smart String ESS (almacenamiento de energía en cadena inteligente) adopta una arquitectura distribuida y un diseño modular. Utiliza tecnologías innovadoras y gestión digital inteligente para optimizar la energía a nivel de módulo de las baterías y controlar la energía a nivel de rack. Esto genera más energía de descarga, inversión óptima, procesos sencillos de O&M, así como seguridad y confiabilidad a lo largo del ciclo de vida del sistema ESS.
En 2022, en el proyecto ESS de 200 MW/200 MWh en Singapur para la regulación de la frecuencia y la reserva rotatoria, el proyecto BESS más grande del Sudeste Asiático, Smart String ESS implementa una gestión mejorada de carga y descarga para lograr una salida de energía constante durante más tiempo y garantizar beneficios de regulación de frecuencia. Además, la función automática de calibración del SOC a nivel de batería reduce los costos de mano de obra y mejora enormemente la eficiencia de los procesos de O&M.
Tendencia 5: Gestión mejorada a nivel de celdas
Al igual que los sistemas fotovoltaicos que realizan la transición hacia la MLPE, los BESS de litio se desarrollarán en un nivel de gestión más pequeño. Solo la gestión mejorada a nivel de celdas de baterías puede enfrentar de mejor manera los problemas de eficiencia y seguridad. Actualmente, el sistema tradicional de gestión de baterías (BMS) solo puede resumir y analizar datos limitados, y es casi imposible detectar fallas y generar advertencias en la etapa inicial. Por lo tanto, el BMS debe ser más sensible, inteligente e incluso predictivo. Esto depende de la recopilación, computación y procesamiento de una gran cantidad de datos, y de las tecnologías de IA para encontrar el modo operativo óptimo y realizar pronósticos.
Tendencia 6: Integración PV+ESS+Red
En cuanto a la generación de energía, vemos cada vez más prácticas de creación de bases de energía limpia de PV+ESS que suministran electricidad a los centros de carga a través de líneas de transmisión de energía UHV. En cuanto al consumo de energía, las centrales eléctricas virtuales (VPP) son cada vez más populares en muchos países. Las VPP combinan sistemas fotovoltaicos distribuidos masivos, ESS y cargas controlables, e implementan una programación flexible para las unidades de generación de energía y las unidades de almacenamiento para lograr la nivelación de cargas punta, etc.
Por lo tanto, construir un sistema energético estable que integre PV+ESS+Red para admitir el suministro de energía fotovoltaica y la inyección de energía a la red se convertirá en una medida clave para garantizar la seguridad energética. Podemos integrar tecnologías digitales, de electrónica de potencia y de almacenamiento de energía para lograr la complementación de múltiples energías. Las centrales eléctricas virtuales (VPP) pueden gestionar, operar y comercializar energía de manera inteligente de sistemas PV+ESS distribuidos masivos a través de múltiples tecnologías, incluidas 5G, IA y en la nube, que se pondrán en práctica en más países.
Tendencia 7: Seguridad mejorada
La seguridad es la piedra angular del desarrollo de la industria PV y ESS. Esto requiere que examinemos sistemáticamente todos los escenarios y enlaces e integremos plenamente las tecnologías digitales, de electrónica de potencia, electroquímica y gestión térmica para mejorar la seguridad del sistema. En una planta fotovoltaica, las fallas causadas desde el lado de la DC representan más del 70 % de todas las fallas. Por lo tanto, el inversor debe ser compatible con la desconexión de cadena inteligente y la detección automática de conectores. En el escenario de la generación fotovoltaica distribuida, la función AFCI (Arc Fault Circuit Breaker) se convertirá en una configuración estándar, y la función de apagado rápido a nivel de módulo garantizará la seguridad del personal de mantenimiento y los bomberos. En el escenario de los sistemas ESS, múltiples tecnologías, como la electrónica de potencia, la nube y la IA, deben utilizarse para implementar una gestión mejorada de los ESS desde las celdas de las baterías hasta el sistema completo. El modo de protección tradicional basado en la respuesta pasiva y el aislamiento físico se modifica a protección automática activa, implementando un diseño de seguridad multidimensional de hardware a software y de estructura a algoritmo.
Tendencia 8: Seguridad y confiabilidad
Además de aportar beneficios, los sistemas fotovoltaicos también suponen diversos riesgos, como la seguridad de los equipos y la seguridad de la información. Los riesgos para la seguridad de los equipos se refieren principalmente al apagado causado por las fallas. Los riesgos de seguridad de la información se refieren a ataques ejecutados en redes externas. Para hacer frente a estos desafíos y amenazas, las empresas y las organizaciones necesitan establecer un conjunto completo de mecanismos de gestión de «seguridad y confiabilidad», que incluyen la confiabilidad, disponibilidad, seguridad y resiliencia de los sistemas y dispositivos. También necesitamos implementar la protección de la seguridad personal y ambiental, así como la privacidad de la información.
Tendencia 9: Digitalización
Las plantas fotovoltaicas convencionales cuentan con una gran cantidad de equipos y carecen de canales de recopilación de información y elaboración de informes. La mayoría de los equipos no pueden «comunicarse» entre sí, por lo que es muy difícil implementar una gestión mejorada.
Con la introducción de tecnologías digitales avanzadas como redes 5G, Internet de las Cosas (IoT), computación en la nube, tecnologías de detección y macrodatos, las plantas fotovoltaicas pueden enviar y recibir información utilizando «bits» (flujos de información) para gestionar «watts» (flujos de energía). El enlace completo de generación-transmisión-almacenamiento-distribución-consumo es visible, manejable y controlable.
Tendencia 10: Aplicación de IA
A medida que la industria energética avanza hacia una era de datos, la forma de recopilar, utilizar y maximizar mejor el valor de los datos se ha convertido en una de las principales preocupaciones de la industria en su conjunto.
Las tecnologías de IA se pueden aplicar ampliamente en los campos de energía renovable y desempeñan un papel indispensable en el ciclo de vida completo de los sistemas PV+ESS, que incluye fabricación, construcción, O&M, optimización y operación. La convergencia entre la IA y tecnologías como la computación en la nube y los macrodatos se está profundizando, y se enriquecerán la cadena de herramientas que se enfoca en el procesamiento de datos, el entrenamiento de modelos, la implementación y operación, así como el monitoreo de seguridad. En el campo de la energía renovable, la IA, del mismo modo que la electrónica de potencia y las tecnologías digitales, impulsará una profunda transformación en la industria.
Al final, Chen Guoguang señaló que las aplicaciones convergentes de 5G, nube e IA están dando forma a un mundo en el que todas las cosas son capaces de detectar, todas las cosas están conectadas y todas las cosas son inteligentes. Esto está surgiendo más rápido de lo que pensamos. Huawei identifica las 10 principales tendencias de la industria fotovoltaica y describe un mundo ecológico e inteligente en un futuro cercano. Esperamos que las personas de todos los ámbitos sociales puedan unirse para lograr los objetivos de neutralidad de carbono y forjar un futuro mejor y más ecológico.
