Fraunhofer ISE cambia a media tensión para ahorrar recursos en plantas fotovoltaicas

Fuente: https://www.pv-magazine.com

Para la conversión de sistemas energéticos se necesitan enormes cantidades de materias primas, como cables de cobre y aluminio, cuando se conectan generadores renovables a la red. El Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar (ISE) ve un enorme potencial de ahorro en voltajes de sistema más altos y está planificando sus primeras plantas fotovoltaicas piloto con esta tecnología.

En un esfuerzo por reducir la demanda de materias primas en medio de la continua expansión de la energía fotovoltaica, el Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar (ISE) está buscando un enfoque prometedor para pasar del nivel de voltaje bajo al medio en las plantas de energía fotovoltaica.

En colaboración con socios de la industria, el instituto está planificando sus primeras centrales eléctricas piloto con esta tecnología y apunta a un amplio lanzamiento al mercado. Para iniciar su nuevo campo de investigación » Media tensión: una forma de interconectar eficientemente en el uso de recursos «, Fraunhofer ISE presentará en la feria Smarter E el primer inversor fotovoltaico de cadena de media tensión del mundo y un inversor de batería de media tensión. en Munich (19-21 de junio).

Hasta 2050, en todo el mundo deberán instalarse adicionalmente alrededor de 73 TW de capacidad fotovoltaica, señala el instituto. «Esto conducirá a una demanda cada vez mayor de materias primas: según el ‘Global Critical Minerals Outlook 2024’ de la Agencia Internacional de Energía, la demanda de cobre superará la oferta anunciada a partir de 2025».

«Aumentar la tensión del sistema puede ayudar a reducir esta demanda, ya que la correspondiente disminución de la corriente del sistema puede conducir a un ahorro considerable de materias primas», explica Andreas Hensel, director del grupo de electrónica de alta potencia y tecnología de sistemas de Fraunhofer ISE.

Por ejemplo, aumentar el voltaje de salida de 800 VCA a 1500 VCA resulta en un ahorro del 75% en la sección transversal del cable con la misma potencia. En general, también es más fácil tender y conectar secciones de cable más pequeñas, lo que reduce los costes de instalación. «Ahora que los costos de los módulos fotovoltaicos han caído un 90% desde 2010 debido al progreso tecnológico y las economías de escala, la instalación y los componentes del equilibrio del sistema se han convertido en las mayores palancas de ahorro», añade Hensel.

“El paso de baja a media tensión también puede aumentar la potencia de salida de los subsistemas: con una tensión de salida de 1.500 V, ya son posibles de 10 a 12 MVA en un transformador en lugar de los 3 a 5 MVA por transformador que siguen siendo habituales hoy en día. ”, señala Fraunhofer ISE. “Por tanto, se necesitan menos transformadores y aparamentas para las centrales eléctricas con interconexiones de media tensión. Esto reduce tanto los costos de construcción como de instalación”.

El paso a la media tensión fue posible gracias al desarrollo de componentes de carburo de silicio (SiC) de alta tensión con altas velocidades de conmutación. Actualmente se encuentran disponibles en el mercado componentes de SiC de hasta 3,3 kV.

Fraunhofer ISE desarrolló el año pasado el primer inversor string fotovoltaico de media tensión (MS-PV) del mundo en el marco del proyecto MS-LeiKra y lo puso en funcionamiento con éxito en la red. El inversor de dos etapas tiene una tensión de salida de 1.500 VAC a una potencia de 250 kVA.

«Hemos demostrado que el rumbo tecnológico para la transición a la media tensión está marcado», afirma Christian Schoener, director de proyectos de media tensión en Fraunhofer ISE. «Debido al enorme aumento de la demanda de materias primas, estamos convencidos de que la cuestión ya no es si se introducirá la tecnología de media tensión, sino quiénes serán los primeros actores en este prometedor mercado». Actualmente, el instituto está planificando su primer sistema piloto fotovoltaico basado en el inversor string MS-PV.

Durante un taller de MS-PV celebrado en abril, se formó un consorcio europeo formado por representantes de todas las áreas del sector fotovoltaico a gran escala. El consorcio trabaja en el establecimiento de los requisitos tecnológicos y normativos necesarios para el salto a la tecnología de media tensión. «Como consorcio potente y abierto a participantes adicionales, podemos superar juntos los obstáculos existentes y lograr la optimización en toda la central eléctrica», añade Schöner.

«Las grandes centrales fotovoltaicas son sólo el comienzo: las infraestructuras de carga, las redes industriales, las grandes bombas de calor, los sistemas de almacenamiento en baterías, los electrolizadores y las turbinas eólicas también son campos de aplicación interesantes para el nivel medio bajo de tensión», explica el instituto. «Las tensiones de sistema más altas permiten un ahorro considerable de material, costes y espacio y abren arquitecturas de sistemas completamente nuevas para plantas de energía híbridas renovables, cuyos componentes individuales están interconectados a través de media tensión».