Problema emergente nº 3: Mediciones in situ en la energía solar a gran escala

Diseñar y explotar un proyecto solar a gran escala sin conocer plenamente su rendimiento potencial aumenta inevitablemente los riesgos a lo largo de su ciclo de vida. Una parte de la solución para los promotores son los datos validados del recurso solar calculados mediante modelos basados en satélites, que ayudan a producir cálculos precisos del rendimiento energético.

Sin embargo, para reducir la incertidumbre en estos cálculos -y el riesgo financiero- hay otro componente clave de una estrategia de datos solares: las mediciones in situ.

Para proyectos solares de menos de 10 MW, el coste de realizar una campaña de mediciones in situ con las mejores prácticas puede resultar antieconómico. Sin embargo, para los proyectos a gran escala, la inversión en mediciones solares aporta importantes mejoras en el diseño técnico y las decisiones financieras.

Conscientes de ello, los promotores de proyectos solares recurren cada vez más a las mediciones in situ para reforzar los datos del modelo por satélite y mitigar los riesgos financieros y técnicos. El siguiente paso para el sector es garantizar que se sigan siempre las mejores prácticas en las campañas de medición in situ, para que esta inversión no se desperdicie con datos de mala calidad.

Esta entrega de Growing Pains explicará por qué es vital garantizar la precisión de las mediciones in situ y explicará cómo superar los dos problemas más comunes: un equipo inadecuado y una aplicación incorrecta.

Introducción a las campañas de medición precisas in situ

El desarrollo de un proyecto fotovoltaico a gran escala requiere un largo historial de datos solares y meteorológicos, a ser posible de 20 años o más. Los modelos proporcionan datos históricos, haciendo un seguimiento de variables como la temperatura, el viento y la radiación solar, pero su granularidad espacial y temporal es limitada.

Los modelos globales cubren grandes extensiones de territorio, pero pueden no ser lo suficientemente detallados como para captar el clima local, que puede variar considerablemente en una distancia de kilómetros o incluso cientos de metros. Por ejemplo, la temperatura, el viento y las precipitaciones en una ciudad costera serán diferentes a los de un lugar situado un poco más al interior. También se observan diferencias significativas en terrenos accidentados.

Además, la resolución temporal estándar de los conjuntos de datos globales es de una hora, pero para la modelización de diseños técnicos detallados pueden necesitarse datos minuto a minuto. Esto es especialmente crucial para los proyectos de energía solar más almacenamiento.

La solución es complementar los datos históricos de los modelos con mediciones locales específicas y detalladas tomadas a lo largo de al menos un año. Esto permite a los promotores recalibrar los datos modelizados y hacerlos más representativos del microclima del emplazamiento, reduciendo al mismo tiempo la incertidumbre de los datos. Los datos históricos del modelo adaptados localmente se utilizan entonces en la predicción precisa y fiable de la producción de energía fotovoltaica para los próximos 20 a 25 años. Los datos del modelo adaptado representan de forma fiable no sólo los promedios climáticos a largo plazo, sino también los extremos meteorológicos, importantes para comprender los patrones de riesgo.

Componentes de una campaña de medición de buenas prácticas

Un año de mediciones in situ requiere invertir en piranómetros u otros instrumentos solares, sensores meteorológicos, registradores de datos y otros equipos. La instalación y el funcionamiento de los equipos deben incluir su limpieza y mantenimiento periódicos, siguiendo las mejores prácticas y normas definidas por la Organización Meteorológica Mundial.

El objetivo es mantener una baja incertidumbre de las mediciones in situ durante toda la duración de la campaña. Para ello es necesario que

• Se utilicen al menos 2 piranómetros de clase A, que midan la irradiancia horizontal global con una unidad de ventilación, para crear redundancia.
• En climas más difíciles, o para proyectos de mayor envergadura (más de 100 MW), se miden otros componentes del recurso solar, como la Irradiancia Normal Directa y la Irradiancia Horizontal Difusa. Estos parámetros solares adicionales pueden medirse mediante diversos seguidores solares, radiómetro de banda de sombra giratoria (RSR) o piranómetro SPN1.
• También se miden otros parámetros meteorológicos, como la temperatura del aire, la velocidad y dirección del viento, la presión atmosférica y las precipitaciones. En los proyectos que utilizan tecnología de módulos fotovoltaicos bifaciales, también se mide el albedo.
• Se siguen las mejores prácticas de limpieza y mantenimiento de los piranómetros y el equipo meteorológico.

Los tres retos críticos de las campañas de medición in situ

En esta sección se describen tres retos comunes para la adquisición y el uso de datos de medición de emplazamientos solares. Estos son:

1. El uso de instrumentación y equipos inadecuados
2. Un proceso de aplicación incorrecto
3. La conciliación de las mediciones en tierra con las series temporales de modelos de satélite.

Desafío 1: Utilización de equipos inadecuados

Una ventaja importante de las campañas de medición es la reducción de las desviaciones sistemáticas en los conjuntos de datos de los modelos solares. Si esto no se consigue debido a la inexactitud de los datos de los piranómetros y otros instrumentos meteorológicos, todo el esfuerzo ha sido un uso ineficaz de los recursos.

Dado que los costes iniciales de una campaña de medición rigurosa y científicamente creíble no son insignificantes -unos 20.000 dólares al año o más-, las partes interesadas de un proyecto solar pueden buscar la rentabilidad reduciendo la cantidad de piranómetros utilizados u optando por la instrumentación barata.

Debido a una inversión inadecuada, que se traduce en la falta de sensores, el uso de equipos de calidad inferior y mal diseñados o la falta de redundancia en las mediciones, los promotores de proyectos a gran escala se exponen a los siguientes riesgos:

• Lecturas de datos poco fiables que dan lugar a estadísticas incompletas y sesgadas.
• Subestimación/sobreestimación sistemática del rendimiento energético a largo plazo, lo que provoca una infrautilización o infravaloración financiera.
• Defectos técnicos en el diseño de la planta fotovoltaica por no tener en cuenta las características microclimáticas específicas, incluidas las condiciones meteorológicas extremas.
• Aumento de la degradación de los componentes fotovoltaicos y de los costes de explotación y mantenimiento, debido a la falta de comprensión de los riesgos medioambientales locales, como los fuertes vientos, el aumento de la contaminación, el polvo, la corrosión, las altas variaciones de temperatura o la elevada humedad.

Para más información sobre los riesgos financieros y técnicos derivados de la inexactitud de los datos solares, lea Growing Pain #1: Project Design

Para mitigar estos riesgos, Solargis recomienda que los promotores y sus socios de medición

• Inviertan en estaciones meteorológicas que incluyan instrumentos complementarios y de alto nivel para poder comprobar sistemáticamente la coherencia y estabilidad de los datos.
• Incorporar redundancia a la campaña. Esto reduce el impacto de cualquier dato erróneo debido a un mal funcionamiento o a un mantenimiento incorrecto.
• Invierta a largo plazo. Un buen piranómetro puede costar más de 1.500 euros, pero el ahorro inicial de comprar un equipo más barato puede ser mucho menor que los costes de utilizar datos inexactos para diseñar un proyecto solar a gran escala.

Reto 2: Ejecución incorrecta de las campañas de medición

Incluso con la mejor instrumentación disponible en el mercado, la campaña de medición no proporcionará datos útiles si las estrategias de despliegue y mantenimiento no se ajustan también a las mejores prácticas.

Para los proyectos solares a gran escala en particular, hay dos cuestiones clave a tener en cuenta:

1. ¿Es adecuada la estrategia de limpieza, funcionamiento y mantenimiento?
2. ¿Reflejan las mediciones realizadas las condiciones reales del emplazamiento?

¿Es adecuada la estrategia de limpieza, funcionamiento y mantenimiento?

En los grandes proyectos fotovoltaicos suelen instalarse decenas de piranómetros. Sin embargo, las cifras por sí solas no bastan para obtener datos financiables. Una limpieza y un mantenimiento deficientes, así como una recalibración aplazada, pueden disminuir rápidamente el valor de los datos obtenidos en una campaña de medición.

Para reducir costes, el sector solar tiende a realizar las campañas de medición internamente, en lugar de recurrir a contratistas con experiencia en mediciones solares.

Sin embargo, a diferencia de las mediciones de temperatura, los equipos de radiación solar requieren una colocación cuidadosa y un régimen de mantenimiento sistemático. La mayoría de los equipos meteorológicos de los emplazamientos de desarrollo se instalan en condiciones que no son óptimas y están sujetos a:

• Sombras de módulos fotovoltaicos, objetos o terrenos que obstruyen la luz solar
• Reflejos de los módulos fotovoltaicos, superficies brillantes del terreno o agua.
• Posición incorrecta, como a una altura excesiva, que no permite un mantenimiento fácil.
• Limpieza insuficiente, que permite la acumulación de polvo, tierra o rocío, oscureciendo los sensores.
• Problemas con la batería, Internet o el registrador de datos, certificados de calibración nulos, falta de control de calidad de los datos o datos insuficientes.

Para hacer frente a este problema, Solargis recomienda

• Recurrir a un socio especializado con conocimientos sobre buenas prácticas de despliegue y disposición de la instrumentación, y experiencia en protección contra robos y animales.
• Instalar un número limitado de piranómetros de mayor calidad y bien mantenidos, acoplados de forma óptima con instrumentación RSR o SPN1.
• A la hora de presupuestar la campaña, dedique una parte importante del presupuesto global a la limpieza, el funcionamiento y el mantenimiento, en lugar de adquirir equipos adicionales que posteriormente no puedan mantenerse adecuadamente.

¿Reflejan las mediciones realizadas las condiciones reales del emplazamiento?

Los proyectos solares a gran escala suelen estar situados en zonas remotas. La seguridad y la vigilancia de valiosos equipos meteorológicos en un lugar remoto incentivan la organización de la campaña de medición cerca de asentamientos humanos, donde los equipos pueden desplegarse y mantenerse a un coste menor.

Sin embargo, el microclima local puede ser muy variable, lo que significa que las mediciones realizadas son inexactas para el lugar previsto del proyecto. Esto ocurre especialmente en zonas montañosas o costeras.

Además, los proyectos a gran escala utilizan cada vez más módulos bifaciales, que captan la irradiancia solar reflejada desde la superficie. Las mediciones del albedo deben realizarse en el mismo tipo de superficie o en una superficie similar a la prevista para el funcionamiento del proyecto.

Para mitigar este problema, Solargis recomienda que:

• En el caso de grandes plantas solares, las mediciones se realicen en varios lugares para garantizar que se tienen en cuenta las variaciones locales del clima y de la superficie.
• Se tenga en cuenta la estacionalidad: con las mediciones del albedo, una superficie tiene características diferentes durante el invierno y el verano, o durante las estaciones secas y húmedas, por lo que es fundamental realizar mediciones durante al menos 12 meses.
• La calidad de los datos medidos está controlada, validada y certificada por expertos en recursos solares de confianza.

Reto 3: Conciliar las mediciones en tierra con las series temporales de los modelos por satélite

Los promotores solares se enfrentan a menudo a importantes retos a la hora de integrar los datos de las campañas de medición in situ con los modelos existentes basados en satélites. Esto ocurre especialmente cuando no se controla la calidad de los datos de las campañas de medición in situ.

Los datos de las campañas de medición in situ pueden ser:

• Poco fiables - contienen puntos de datos anómalos y sospechosos, que difieren entre sí, y/o son diferentes de los valores del modelo.
• Incompletos: faltan datos durante largos periodos debido a fallos del equipo o a una calibración incorrecta.
• Formato incoherente: con diferentes marcas de tiempo y metadatos.

Esto puede generar importantes ineficiencias para los desarrolladores, sobre todo cuando los expertos en datos tienen que corregir y alinear manualmente los datos utilizando herramientas de software inadecuadas, como hojas de cálculo, que no ofrecen funcionalidades específicas del dominio.

Para gestionar eficazmente la calidad de los datos, Solargis recomienda a los promotores que inviertan en una herramienta de visualización y análisis de datos diseñada para el sector solar con capacidad para

• Importar y visualizar fácilmente los datos para identificar las áreas que necesitan corrección.
• Crear series temporales armonizadas rellenando los huecos con datos procedentes de mediciones alternativas o de series temporales modelo.
• Alinear datos de series temporales y corregir marcas de tiempo heterogéneas.
• Añadir metadatos al nivel de detalle necesario.
• Verificar los datos utilizando herramientas basadas en la física solar.
• Validar las mediciones con datos de series temporales de modelos de satélites.

En última instancia, las series temporales de mediciones funcionan mejor cuando se utilizan para complementar conjuntos de datos solares derivados de satélites verificados y precisos. Tanto los datos de los modelos de satélite como las mediciones conllevan incertidumbres. Combinar las fuentes de datos ayuda a alcanzar el nivel más bajo posible de incertidumbre a la hora de evaluar el rendimiento solar de un emplazamiento.

Basándose en su amplia experiencia en el procesamiento de mediciones solares y datos de modelos, Solargis ha lanzado recientemente una herramienta de software para ayudar a los promotores y operadores solares a gestionar eficazmente la calidad de sus datos. Solargis Analyst permite comparar directamente conjuntos de datos, procedentes de mediciones in situ o de modelos, y garantiza la coherencia de la calidad de los datos.

Póngase en contacto con nosotros para obtener más información sobre cómo Solargis puede asesorarle en la realización y validación de campañas de medición in situ para proyectos solares a gran escala: https://solargis.com/contact-us