Gestión energética en instalaciones fotovoltaicas aisladas mediante algoritmos de control de cargas prioritarias

Resumen

El acceso a servicios modernos de energía es esencial para el desarrollo social y económico de las comunidades; y además para la provisión de servicios primarios, como agua limpia, educación y salud. El acceso a la electricidad tiene un impacto positivo en las actividades socio-económicas de los medios rurales. Actualmente, cerca de 1,300 millones de personas no tiene acceso a la electricidad y se proyecta que cerca de 1000 millones de habitantes seguirán sin acceso en 2030. La energía solar fotovoltaica (FV) es una de las fuentes de energía más prometedoras para la electrificación, convirtiéndose en una solución factible desde el punto de vista económico y técnico. Para electrificación rural, los sistemas FV autónomos se encuentran entre los sistemas aislados más populares, dominando la tecnología de electrificación rural y siendo adoptado mundialmente para suplir la demanda de electricidad en hogares rurales. En las instalaciones FV aisladas, las baterías son consideradas uno de los puntos débiles, siendo uno de los componentes con menor vida útil del sistema y además comprenden una parte importante del coste económico del mismo. Actualmente, a pesar del desarrollo de nuevas tecnologías de acumuladores electro-químicos, las baterías de plomo-ácido son las más utilizadas en este tipo de instalación. La gestión energética sobre las cargas del sistema y el banco de baterías pueden ser empleadas para mejorar la vida útil de las baterías e incrementar la viabilidad de los sistemas FV. Esta tarea puede ser lograda a través del control de cargas prioritarias, el cual garantiza la alimentación de energía para las cargas críticas y evade los ciclos de descarga profunda de las baterías, esto sin afectar el rendimiento de las cargas más importantes. En esta tesis, dos algoritmos de control de cargas prioritarias han sido desarrollados: CCP1 y CCP2, orientados a ser implementados en instalaciones FV aisladas rurales. El objetivo de estos algoritmos es gestionar la energía en los sistemas FV aislados y proveer alimentación a las cargas más críticas, siempre que estas lo requieran. Esta acción se realiza a expensas de la desconexión de las cargas menos importantes. Ambos algoritmos son expresados matemáticamente como problemas de Programación Lineal: se maximiza una función ponderada que depende de la prioridad de las cargas y está sujeta a la disponibilidad de la energía en el sistema. Para probar los algoritmos, dos modelos de instalaciones FV aisladas han servido de escenario: El Escenario A, cuya principal característica es que posee un perfil de carga constante. El Escenario B tiene un perfil de carga variable, similar en forma a un perfil de carga doméstico. Ambos escenarios tienen diferentes tamaños de generador FV y de banco de baterías. En los Escenarios A y B se implementaron los algoritmos CCP1 y CCP2, y posteriormente fueron simulados sobre cuatro años. Se demostró mediante la simulación que ambos algoritmos extienden la vida útil de las baterías y al mismo tiempo mantienen las cargas críticas alimentadas. La utilización de los algoritmos CCP1 y CCP2 permitirá reducir la Probabilidad de Pérdida de Carga (LLP) de las cargas críticas y además se protegerá el banco de baterías de ciclados profundos, lo que extendería su vida útil. Esto traería como consecuencia una mejora en el costo del ciclo de vida de todo el sistema FV aislado.