La energía solar fotovoltaica es la tecnología energética de más rápido crecimiento en todo el mundo. En sólo una década, su coste se ha reducido casi un 90 %, lo que la hace más barata que los combustibles fósiles y competitiva en costes frente a la energía eólica. Esta revolución solar ha dado lugar a tasas de despliegue sin precedentes que harán de la fotovoltaica la tecnología energética más instalada en todo el mundo en 2027, según la Agencia Internacional de la Energía (AIE).
A medida que aumenta la capacidad instalada, también aumenta la penetración de la energía fotovoltaica en los mercados eléctricos nacionales, lo que evidencia que la demanda nacional de electricidad depende cada vez más de esta tecnología. Por lo tanto, cualquier interrupción en el rendimiento fotovoltaico puede tener graves repercusiones locales, regionales y nacionales que pueden dañar la confianza en un sistema energético basado en renovables y plantea riesgos para la calidad, confiabilidad y estabilidad de la energía de la red.
Fotovoltaica en España
Según datos del operador de la red nacional, Red Eléctrica (REE), la capacidad fotovoltaica conectada a la red peninsular española aumentó un 432 % y un 230 % desde principios de 2019 y 2020, respectivamente, hasta alcanzar los 19,8 GW a finales de 2022. De ellos, sólo en 2022 se instalaron 4,5 GW, el 22 % de la capacidad total, y un 17 % más que el año anterior. A finales de junio de 2023, la capacidad ya había alcanzado los 21,9 GW. Gracias a este impresionante crecimiento, la fotovoltaica suministró el 11,6 % de la demanda eléctrica peninsular en 2022. Además, este porcentaje ya había aumentado hasta el 16 % en los primeros seis meses de 2023 (frente al 11,5 % en el mismo periodo de 2022).
Pues bien, con este contexto, la investigación, basada en el análisis y previsión de datos meteorológicos, ambientales y eléctricos, revela que el bajo rendimiento de la fotovoltaica durante el episodio de calima extrema de 2022 afectó también a la cuota de mercado de la energía fotovoltaica en el mix eléctrico español, cuyo valor medio mensual cayó del 10,9% previsto al 7,1%. Además, el informe revela que la nube de polvo y las lluvias de barro redujeron a la mitad la capacidad de generación del parque fotovoltaico nacional durante un periodo superior a dos semanas, aunque el peor día del episodio se registró una caída máxima del 80%.
Cambios en el mix energético
Esto es especialmente importante, porque las tormentas de polvo pueden forzar cambios prolongados en las combinaciones de electricidad debido a la caída repentina y potencialmente prolongada del recurso solar. En algunos casos -advierte el informe-, la electricidad solar perdida podría ser reemplazada por tecnologías basadas en combustibles fósiles, algo que puede tener consecuencias tanto en las emisiones de la red como en los precios de la electricidad. Por lo tanto, a la luz del actual cambio de energía renovable y el despliegue masivo de energía fotovoltaica a nivel mundial, las tormentas de polvo pueden representar una amenaza para la resiliencia y confiabilidad de las redes eléctricas, señalan los autores de la investigación.
Sin embargo, a pesar de las expectativas, no se encontró ninguna diferencia significativa en comparación con las pérdidas provocadas por otros episodios de calima menos intensa, debido a la aparición de precipitaciones más copiosas de lo habitual que, después del polvo, trajeron el barro. Esto facilitó la recuperación de la capacidad fotovoltaica nacional, que volvió a los factores de rendimiento esperados tan pronto como el cielo se despejó.
Sin embargo, esta nube de polvo sahariano aumentó sustancialmente las concentraciones de partículas en todo el país, lo que afectó gravemente a la irradiación solar en toda España y planteó una amenaza sustancial no solo a los sistemas fotovoltaicos individuales sino también a la red eléctrica nacional.
¿Qué pasa cuando la calima se acumula en los módulos solares?
Los módulos fotovoltaicos convierten la radiación solar en electricidad. Sin embargo, la intensidad de la irradiancia se ve afectada tanto por la posición aparente del Sol como por las condiciones climáticas. De hecho, las nubes, los aerosoles, el vapor de agua y el ozono pueden absorber, reflejar y desviar parte de la luz solar, reduciendo la intensidad de la irradiancia que llega a los módulos fotovoltaicos.
Esto significa que es probable que el rendimiento fotovoltaico empeore cuando se producen tormentas de polvo y arena. A partir del análisis de datos climatológicos que abarcan desde 2003 hasta 2017, los investigadores confirmaron que las tormentas de polvo o los episodios de calima extrema podrían reducir la irradiancia solar sobre el sur de España entre un 5 % y un 23 %.
[Bajo estas líneas, gráfica que muestra la desviación del factor de capacidad fotovoltaica en marzo de 2022 respecto a la media de marzo en el periodo 2015-2021]
La influencia del desierto
España, al igual que otros países con mayor potencial solar, está más expuesta a los efectos del polvo debido a sus entornos áridos o a la proximidad a ellos, como el desierto de Sahara. Europa está especialmente expuesta a las tormentas de polvo, ya que la zona del Mediterráneo incluye algunas de las regiones con mayor acumulación de este fino material rojizo, como el norte de África y Oriente Medio. De hecho, el Sahara es la mayor fuente de polvo atmosférico del mundo, seguido por los desiertos de China, Asia Central, Arabia Saudita y Australia.
Tormentas de polvo alrededor del mundo
Aunque las tormentas de polvo predominan en las regiones áridas y semiáridas, en los últimos años se han registrado varias intrusiones de polvo sahariano en diferentes países de América del Norte y Europa. Por ejemplo, se notificaron episodios de polvo sahariano en México en 2017 y 2018, en Grecia en 2015 y 2018, en la República de Moldavia, en el Cuenca del Caribe y en el sur de Estados Unidos en 2020 y en el Reino Unido en 2019, 2022 y 2023.
Dado su impacto sobre el sector fotovoltaico y las redes eléctricas nacionales, comprender los efectos de tales eventos es fundamental, especialmente en Europa occidental, dada su exposición a las intrusiones de polvo del Sahara y los ambiciosos objetivos de capacidad fotovoltaica. Para garantizar un suministro de energía continuo y confiable, es imperativo que la infraestructura y las redes eléctricas puedan resistir eventos de polvo tanto ordinarios como extraordinarios y puedan mitigar efectivamente sus impactos en la estabilidad del suministro de energía.
Hasta ahora, la literatura se ha centrado en los efectos de las tormentas de polvo en una única ubicación o sistema fotovoltaico. Sin embargo, hay que tener en cuenta que estos eventos pueden afectar a grandes superficies y, por tanto, a un número importante de plantas fotovoltaicas. Esto significa que, dada la creciente penetración de la energía fotovoltaica en las redes eléctricas nacionales, las tormentas de polvo también pueden tener efectos a gran escala, que hasta ahora no se habían investigado en detalle.
El estudio arroja la idea de que la metodología propuesta en el trabajo podría replicarse en diferentes eventos, como los incendios forestales, por ejemplo, para investigar la resiliencia y la confiabilidad de la red nacional de España o de otros países en condiciones de creciente energía renovable. penetración de energía.
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