Una estación de energía fotovoltaica en la azotea, o sistema fotovoltaico en la azotea, es un sistema fotovoltaico que tiene paneles solares generadores de electricidad montados en la azotea de un edificio o estructura residencial o comercial. Los diversos componentes de dicho sistema incluyen módulos fotovoltaicos, sistemas de montaje, cables, inversores solares y otros accesorios eléctricos.
Los sistemas montados en la azotea son pequeños en comparación con las estaciones de energía fotovoltaica montadas en tierra con capacidades en el rango de megavatios. Los sistemas fotovoltaicos en la azotea de los edificios residenciales suelen tener una capacidad de entre 5 y 20 kilovatios (kW), mientras que los montados en edificios comerciales a menudo alcanzan los 100 kilovatios o más.
Instalación
El entorno urbano proporciona una gran cantidad de espacios vacíos en la azotea y puede evitar intrínsecamente el uso potencial de la tierra y las preocupaciones ambientales. La estimación de la insolación solar en la azotea es un proceso multifacético, ya que los valores de insolación en los tejados se ven afectados por lo siguiente:
Tiempo del año
Latitud
Las condiciones climáticas
Inclinación del techo
Aspecto del techo
Sombreado de edificios adyacentes y vegetación
Existen varios métodos para calcular los sistemas potenciales de techos FV solares, incluido el uso de Lidar y ortofotos. Los modelos sofisticados pueden incluso determinar las pérdidas de sombreado en grandes áreas para el despliegue de PV a nivel municipal.
Mecanismo de tarifas de alimentación
En una estación de energía fotovoltaica en la azotea conectada a la red, la electricidad generada a veces se puede vender a la empresa eléctrica de servicio para su uso en otra parte de la red. Esta disposición proporciona un reembolso por la inversión del instalador. Muchos consumidores de todo el mundo están cambiando a este mecanismo debido a los ingresos generados. Una comisión de servicios públicos por lo general establece la tarifa que paga la empresa por esta electricidad, que podría ser la tarifa minorista o la tarifa minorista más baja, lo que afecta en gran medida la recuperación de la energía solar y la demanda de instalación.
El FIT, como se lo conoce comúnmente, ha llevado a una expansión en la industria solar fotovoltaica en todo el mundo. Se han creado miles de empleos a través de esta forma de subsidio. Sin embargo, puede producir un efecto de burbuja que puede explotar cuando se elimina el FIT.También ha aumentado la capacidad de producción localizada y generación incorporada, reduciendo las pérdidas de transmisión a través de las líneas eléctricas.
Sistemas híbridos
Una estación de energía fotovoltaica en la azotea (ya sea en la red o fuera de la red) se puede utilizar junto con otros componentes de potencia como generadores diesel, turbinas de viento, baterías, etc. Estos sistemas de energía híbrida solar pueden proporcionar una fuente continua de energía.
Ventajas
Los instaladores tienen el derecho de alimentar electricidad solar en la red pública y, por lo tanto, recibir una tarifa premium razonable por kWh generado que refleje los beneficios de la electricidad solar para compensar los costos adicionales actuales de la electricidad fotovoltaica.
Desventajas
Un sistema de energía eléctrica que contenga una contribución del 10% de las estaciones PV requeriría un aumento del 2.5% en la capacidad de control de frecuencia de carga (LFC) sobre un sistema convencional [jerga] – problema que puede contrarrestarse mediante el uso de convertidores sincrónicos en el circuito DC / AC del sistema fotovoltaico. Se descubrió que el costo de equilibrio para la generación de energía fotovoltaica en 1996 era relativamente alto para niveles de contribución de menos del 10%. Las proporciones más altas de generación de energía fotovoltaica ofrecen menores costos de punto de equilibrio, pero las consideraciones económicas y de LFC impusieron un límite superior de aproximadamente 10% en las contribuciones de energía fotovoltaica a los sistemas de energía en general.
Desafíos técnicos
Existen muchos desafíos técnicos para integrar grandes cantidades de sistemas fotovoltaicos en la azotea a la red eléctrica. Por ejemplo:
Flujo de potencia inversa
La red eléctrica no fue diseñada para el flujo de potencia bidireccional en el nivel de distribución. Los alimentadores de distribución generalmente se diseñan como un sistema radial para el flujo de potencia de una vía transmitido a largas distancias desde grandes generadores centralizados hasta cargas de clientes al final del alimentador de distribución. Ahora con la generación de energía solar fotovoltaica localizada y distribuida en los techos, el flujo inverso hace que la energía fluya hacia la subestación y el transformador, lo que ocasiona importantes desafíos. Esto tiene efectos adversos sobre la coordinación de la protección y los reguladores de voltaje.
Velocidades de rampa
Las fluctuaciones rápidas de generación de los sistemas fotovoltaicos debido a las nubes intermitentes causan niveles indeseables de variabilidad de voltaje en el alimentador de distribución.A una alta penetración de PV en la azotea, esta variabilidad de voltaje reduce la estabilidad de la red debido al desequilibrio transitorio en carga y generación, y hace que el voltaje y la frecuencia excedan los límites establecidos si no se contrarrestan con los controles de potencia. Es decir, los generadores centralizados no pueden rampar lo suficientemente rápido como para igualar la variabilidad de los sistemas FV causando una falta de coincidencia de frecuencia en el sistema cercano. Esto podría provocar apagones. Este es un ejemplo de cómo un sistema fotovoltaico en la azotea localizado simple puede afectar la red eléctrica más grande. El problema se mitiga parcialmente distribuyendo paneles solares en un área amplia y agregando almacenamiento.
Costo
Precios del sistema PV residencial (2013)
| País | Costo ($ / W) |
|---|---|
| Australia | 1.8 |
| China | 1.5 |
| Francia | 4.1 |
| Alemania | 2.4 |
| Italia | 2.8 |
| Japón | 4.2 |
| Reino Unido | 2.8 |
| Estados Unidos | 4.9 |
| Para sistemas fotovoltaicos residenciales en 2013 | |
Precios del sistema PV comercial (2013)
| País | Costo ($ / W) |
|---|---|
| Australia | 1.7 |
| China | 1.4 |
| Francia | 2.7 |
| Alemania | 1.8 |
| Italia | 1.9 |
| Japón | 3.6 |
| Reino Unido | 2.4 |
| Estados Unidos | 4.5 |
| Para sistemas fotovoltaicos comerciales en 2013 | |
A mediados de la década de 2000, las compañías de energía solar utilizaron diversos planes de financiación para clientes tales como contratos de arrendamiento y compra de energía. Los clientes pueden pagar sus paneles solares en un lapso de años y obtener ayuda con los pagos de los créditos de los programas de medición neta. A partir de mayo de 2017, la instalación de un sistema solar en la azotea cuesta un promedio de $ 20,000. En el pasado, era más caro.
Utility Dive escribió: «Para la mayoría de las personas, agregar un sistema solar a otros proyectos de ley y prioridades es un lujo» y «las compañías solares en la azotea en general atienden a las partes más ricas de la población estadounidense».
La mayoría de los hogares que obtienen paneles solares son de «ingresos medios altos». El salario promedio de los hogares para los clientes de energía solar es de alrededor de $ 100,000.
Sin embargo, «una cantidad sorprendente de clientes de bajos ingresos» apareció en un estudio de ingresos y compras del sistema solar. «Con base en los hallazgos del estudio, los investigadores de GTM estiman que los cuatro mercados solares incluyen más de 100.000 instalaciones en propiedades de bajos ingresos».
Un informe publicado en junio de 2018 por Consumer Energy Alliance (CEA) que analizó los incentivos solares estadounidenses mostró que una combinación de incentivos federales, estatales y locales, junto con el costo neto decreciente de la instalación de sistemas fotovoltaicos, ha causado un mayor uso de energía solar en la azotea a lo largo de la nación. Según Daily Energy Insider, «en 2016, la capacidad de paneles solares residenciales creció un 20 por ciento respecto al año anterior», dijo el informe. Mientras tanto, el costo promedio de la energía solar residencial cayó un 21 por ciento a $ 2,84 por watt-dc en el primer trimestre del año. 2017 frente al primer trimestre de 2015 «. De hecho, en ocho estados estudiados por el grupo, los incentivos totales del gobierno para instalar un sistema solar fotovoltaico en la azotea en realidad excedieron el costo de hacerlo.
Perspectivas de futuro
La Misión Solar Nacional Jawaharlal Nehru del gobierno de la India está planeando instalar sistemas fotovoltaicos conectados a la red a escala de servicios públicos, incluidos los sistemas fotovoltaicos en la azotea con una capacidad combinada de hasta 100 gigavatios para 2022.