A pesar de la evolución creciente de la energía fotovoltaica y de ser una de las formas más rentables de producción de electricidad a nivel mundial, los fabricantes fotovoltaicos europeos se enfrentan a una disminución de la producción debido a la competencia de terceros países. La fragmentación de la cadena de valor en comparación con los actores competidores sería el principal factor de la disminución de la competitividad. En este marco, el proyecto SUPER PV apuntó a una reducción significativa del costo nivelado de la electricidad (LCOE) para la energía fotovoltaica de fabricación europea mediante la adopción de un enfoque híbrido que combina innovaciones tecnológicas y métodos de gestión de datos.
SUPER PV es un proyecto colaborativo con cerca de 10 millones de euros de financiación europea de Horizonte 2020 iniciado en 2018, llevado a cabo por un consorcio multidisciplinar de 26 socios de diferentes industrias, países, orígenes y perfiles de empresa que, bajo la coordinación de Solitek y Protech (Lituania), trabajaron de forma colaborativa asegurando un enfoque innovador. Los socios españoles del proyecto son el Instituto de Investigación en Energía de Catalunya (IREC), el centro tecnológico Lurederra, Tecnología Navarra de Nanoproductos y Ayesa Tecnologías Avanzadas.
Tres grupos de investigación del IREC participaron en el proyecto para alcanzar desarrollos clave. El grupo Power Systems contribuyó con el desarrollo de un innovador convertidor de potencia tolerante a fallas, Digital Twin para O&M y puertas de enlace LORA. El grupo de Materiales y Sistemas de Energía Solar desarrolló un sensor óptico de polvo de bajo costo. Y el grupo Energy Systems Analytics IREC fue el responsable de la evaluación LCA y la comparación de las innovaciones, con el objetivo de proporcionar un análisis ambiental del ciclo de vida completo.
Demostraciones del proyecto SUPER PV en diferentes climas
Las demostraciones del proyecto SUPER PV se realizaron en tres regiones climáticas distintas de condiciones extremas: el clima tropical (cálido/húmedo) de Sevilla, en España; el clima templado (frío/húmedo) de Vilnius, en Lituania, y de Oslo, en Noruega; y el clima desértico (cálido/seco) de Túnez y Marruecos.
En las demostraciones de Noruega y Lituania, el objetivo era evaluar las innovaciones de módulos desarrolladas en este proyecto en un entorno frío y nevado típico de la parte norte de Europa. Se instalaron tres sistemas de Solitek, un sistema de Apollon y dos sistemas de Flisom. Para poder evaluar la mejora de rendimiento lograda, se instalaron sistemas estándar tanto con paneles monofaciales y bifaciales fabricados por Solitek, como monofaciales CIGS flexibles fabricados por Flisom. Se llevó a cabo la medición de temperatura, humedad, irradiación solar (directa, difusa), electroluminiscencia y mapeo de temperatura.
Por otro lado, el proyecto SUPER PV probó el rendimiento de varios componentes en el clima cálido y seco de Tozeur, en Túnez. Para esta prueba se seleccionó un sitio ubicado en el sur de Túnez en el medio del Sahara, donde las temperaturas superan los 40 ºC en verano y se observa una alta suciedad por la arena del Sahara. Para el clima desértico, el otro sitio de demostración se ubicó en Ouarzazate, Marruecos. En ambos se instalaron tres sistemas de Solitek, un sistema de Apollon y dos sistemas de Flisom.
En Sevilla, donde el ambiente general es cálido y húmedo, Ayesa explota una planta solar fotovoltaica de 1 MW. En total se instalaron seis sistemas en Sevilla: tres sistemas de Solitek, un sistema de Apollon y dos sistemas de Flisom. En este sitio de demostración se utilizó la misma metodología de instrumentación seleccionada para el clima templado para poder obtener resultados comparables.
Módulos fotovoltaicos, integración de sistemas y electrónica de potencia
Después de casi cinco años, el proyecto SUPER PV finalizó en noviembre de 2022. Su objetivo era reducir significativamente el LCOE de la energía solar fotovoltaica (37%) abordando de forma integral tres pasos fundamentales: módulos fotovoltaicos, integración de sistemas y niveles de innovación en electrónica de potencia.
En cuanto a los módulos fotovoltaicos, se llevó a cabo la presentación y combinación de cuatro innovaciones de módulos fotovoltaicos aplicadas a módulos bifaciales basados en c-Si y módulos CIGS; una combinación de anti-Soiling (AS) y anti-reflejos (AR) a base de nanopartículas, para aumentar el rendimiento anual de los módulos fotovoltaicos; la aplicación de recubrimientos de barrera de gas de óxido de aluminio (AI2O3) (para módulos CIGS) depositados por deposición de capa atómica espacial (SALD); y la demostración de una herramienta de reciclaje de laboratorio para todos los tipos de módulos considerados (c-Si y CIGS) para evaluar la posibilidad de reciclar y reutilizar los materiales del módulo.
A nivel de sistema, se desarrolló un nuevo proceso digital y holístico: PIM (Modelado/Gestión de información fotovoltaica). El objetivo principal es adoptar herramientas digitales de software y hardware que aseguren un flujo de información integrado a través de la cadena de valor fotovoltaica, reduciendo así los costos relacionados con la implementación y operación de proyectos fotovoltaicos.
En concreto, se abarcó el desarrollo de una plataforma digital para el diseño, simulación y operación que apoye la reducción de costos de los sistemas fotovoltaicos, y el desarrollo de una herramienta para extender las funcionalidades de la plataforma basada en PIM para operaciones O&M a través de un Modelo Gemelo Digital, actualizado continuamente para incluir los eventos durante su uso, gracias a un modelo digital habilitado por sensores que simula el objeto en un escenario en vivo.
Finalmente, en cuanto a las innovaciones en electrónica de potencia, se apostó por una mayor potencia de salida, monitoreo de rendimiento y recopilación de datos a nivel de cadena, y estabilidad de operación a largo plazo. Todo ello con microinversores con funcionalidad inteligente como generación de energía activa/reactiva; topologías de convertidores tolerantes a fallas y algoritmos de convertidores; y optimizadores MPP o Smart Boxes con funcionalidad Rapid Shut Dowm (RSD) que representan un aumento de la seguridad contra incendios de las plantas de energía, el rendimiento energético a largo plazo, la confiabilidad del módulo y la flexibilidad del diseño de la planta de energía fotovoltaica, modularidad y tiempos de operación más prolongados sin mantenimiento.
La reducción total estimada del LCOE superó el 40%
La combinación de innovaciones SUPER PV y las reducciones de costos en partes de la cadena de suministro fotovoltaica no cubiertas por el proyecto condujo a una reducción total estimada del costo nivelado de la electricidad (LCOE) de alrededor del 40-42%, en comparación con la reducción del 37-39% como objetivo propuesto.
Para las ocho innovaciones SUPER PV más prometedoras, los planes comerciales iniciales y las perspectivas comerciales se desarrollaron al final del proyecto. El propósito principal de desarrollar planes de negocios para innovaciones individuales ha sido permitir a los innovadores y comercializadores tener el mejor punto de partida posible para llevar sus innovaciones hacia la comercialización después de finalizar el proyecto.
De las 13 innovaciones prospectivas identificadas en SUPER PV, al final del proyecto solo hubo dos innovaciones con un nivel de riesgo de comercialización alto o crítico, lo que significa que la mayoría de las innovaciones tienen una posibilidad real de lograr el éxito comercial.
La introducción de sistemas fotovoltaicos de calidad superior creará las condiciones para acelerar el despliegue a gran escala de la energía fotovoltaica en Europa y ayudará a las empresas fotovoltaicas de la UE a recuperar el liderazgo en el mercado mundial.