Delaware revista pv edición impresa 24/12
La justificación para pasar de un voltaje de 1,5 kV a 2 kV en proyectos solares se basa en principios eléctricos, en particular la relación entre potencia eléctrica (P), corriente (I) y voltaje (V), expresada como P=IV. . Al aumentar el voltaje mientras se mantiene la corriente constante, se puede aumentar la producción de energía sin pérdidas adicionales. Se espera que esta transición produzca un aumento del 0,5% al 0,8% en el rendimiento energético de los sitios fotovoltaicos.
Los voltajes más altos se adaptan a cadenas de módulos más largos. Un sistema de 1,5 kV puede acomodar 33 módulos clasificados a 45 V de corriente continua, mientras que un sistema de 2 kV puede acomodar 44 módulos, lo que representa un aumento del 33 % en la capacidad de energía. Una longitud de cuerda más larga significa menos cuerdas. Esto ayuda a reducir el equilibrio eléctrico de los gastos del sistema, incluidos los costos de cajas de combinación, conectores y cableado, entre un 10% y un 15%. La cantidad de inversores necesarios también debería disminuir, ya que los voltajes más altos se adaptan a componentes electrónicos con mayor densidad de potencia.
Si bien los inversores de 2 kV cuestan más debido a la menor escala de fabricación de algunos componentes y al aumento de los requisitos de prueba, las perspectivas a largo plazo siguen siendo positivas. El cambio a 2 kV hará que los inversores tengan más densidad de energía, lo que ahorrará en carcasas, fusibles y otros componentes. Menos componentes de proyectos solares deben reducir los costos laborales y significar menores gastos de operación y mantenimiento (O&M). Eso podría significar, eventualmente, entre un 1% y un 2% menos de costos de capital, además de un mayor rendimiento energético.
Desafíos clave
Se deben abordar varios desafíos antes de que pueda ocurrir una adopción generalizada. El principal obstáculo es la disponibilidad de inversores de 2 kV, ya que hay que resolver numerosos desafíos técnicos. Actualmente, los componentes capaces de manejar 2 kV son limitados y los fabricantes de inversores tienen que lidiar con problemas relacionados con cajas combinadoras, aislamiento externo, fusibles e interruptores. Se debe realizar una cantidad sustancial de pruebas de hardware y software para garantizar la confiabilidad y el funcionamiento seguro de los inversores de 2 kV en la red. También existen mayores desafíos relacionados con la adopción de 2 kV para inversores de cadena a gran escala que para los inversores centrales, debido a la mayor densidad de potencia de los primeros. Esto puede retrasar ligeramente la adopción de inversores string de 2 kV, en comparación con los dispositivos centrales.
La disponibilidad limitada de estándares es otra barrera importante que obstaculiza el desarrollo y la adopción de productos de 2 kV. Recientemente, JinkoSolar Holding Co. Ltd. se convirtió en la primera empresa de módulos solares en recibir la certificación de UL Solutions Inc. para sus módulos de 2 kV. Sin embargo, llevará tiempo hasta que surjan procesos de certificación completamente formados y aún más hasta que los fabricantes alineen sus productos con estos estándares. Convencer a los desarrolladores para que inviertan en proyectos de 2 kV plantea otro desafío, ya que estos nuevos sitios serán inherentemente más riesgosos que los proyectos estándar de 1,5 kV, con costos más altos y una selección más pequeña de proveedores.
Para los módulos, el aumento de voltaje requiere una mayor distancia de fuga entre las partes eléctricas, lo que puede reducir ligeramente la eficiencia de un módulo y aumentar su costo por vatio. Además, los fabricantes de módulos se centran actualmente en el cambio a la tecnología de tipo n, junto con márgenes reducidos debido al exceso de oferta de paneles, lo que disminuye su disposición a invertir en nueva tecnología. Sin embargo, la transición a 2 kV no es particularmente difícil para los módulos, en comparación con los desafíos que enfrentan los fabricantes de inversores, ya que la mayoría de los grandes módulos fotovoltaicos comerciales y de servicios públicos ya utilizan una estructura de vidrio, lo que proporciona suficiente aislamiento y protección para voltajes más altos.
Previsión tecnológica
Es probable que China y Estados Unidos sean las primeras regiones en adoptar la tecnología de 2 kV. China sirve como campo de pruebas para los mayores fabricantes de servicios públicos del mundo y se espera que lleve a cabo numerosos proyectos piloto para garantizar la confiabilidad de los componentes antes de que los fabricantes se expandan a los mercados internacionales. Los plazos de entrega más rápidos en China también facilitarán una entrada más rápida al mercado para productos de 2 kV. Se espera que Estados Unidos haga lo mismo: GE Vernova lanzó recientemente un inversor de 2 kV, lo que marca un paso significativo en el mercado.
Hará falta tiempo para que los desarrolladores y las empresas de servicios de ingeniería, adquisiciones y construcción se acostumbren a los productos de 2 kV, además de plazos más largos para tomar decisiones de inversión en Estados Unidos. Partiendo del precedente histórico del cambio de 1 kV a 1,5 kV, donde los envíos de inversores de 1,5 kV aumentaron dos años después de los primeros proyectos piloto, se prevé que la adopción más amplia de la tecnología de 2 kV llevará varios años. S&P Global pronostica que los productos de 2 kV crecerán de menos de 5 GW, en 2026, a 380 GW en 2030, lo que representará el 77% de los proyectos solares a escala de servicios públicos en todo el mundo para ese momento.
El cambio a 2 kV presenta una oportunidad prometedora para reducciones a largo plazo en los costos de equilibrio del sistema, inversores, mano de obra y operación y mantenimiento, gracias a diseños de sitio más simples y pequeños aumentos en el rendimiento energético. La colaboración de toda la industria es esencial para superar los desafíos técnicos, establecer estándares e impulsar la adopción. Una mayor conciencia de este salto tecnológico es crucial para identificar ahorros de costos adicionales en el equilibrio de los sistemas. Si bien persisten desafíos técnicos, particularmente en el diseño de productos inversores de 2 kV, S&P predice que la energía solar a escala de servicios públicos comenzará a hacer la transición a 2 kV entre 2026 y 2027, particularmente en Estados Unidos y China.
Sobre los autores: Liam Coman es analista de investigación solar en S&P Global Commodity Insights y cubre las cadenas de suministro de inversores solares, inversores de equilibrio del sistema e inversores de almacenamiento de energía. Coman trabaja con proveedores para analizar tendencias, pronósticos y evaluar la industria de los inversores solares. Anteriormente trabajó para una consultoría de ingeniería especializada en regulación ambiental y cumplimiento de políticas.
SiqiHe es analista principal del equipo de tecnología de energía limpia de S&P Global Commodity Insights, responsable de la investigación de la cadena de suministro solar, fotovoltaica e inversores de almacenamiento de energía. Trabajó previamente para Wood Mackenzie Power & Renewables en Nueva York y pasó cuatro años como analista financiero en PetroChina en Beijing.
Karl Melkonian es analista principal del equipo de tecnología de energía limpia, y se especializa en investigación y análisis del mercado de energía y energías renovables, particularmente para los mercados fotovoltaicos y las empresas solares. Su enfoque incluye análisis financiero, tecnología y materiales de fabricación, y las tendencias y requisitos de la industria fotovoltaica.
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