Diseño de un método de optimización de costes y fiabilidad del suministro eléctrico en instalaciones fotovoltaicas aisladas basado en simulación de Montecarlo

Abstract

[ES] A pesar de la extensa red eléctrica existente, persisten zonas que quedan aisladas del suministro, especialmente en el medio rural, y dependen de sus propios medios para generar la electricidad que consumen. Convencionalmente, esta generación se ha realizado mediante grupos electrógenos, aunque recientemente con la reducción de costes de los módulos fotovoltaicos y las baterías, las instalaciones solares fotovoltaicas de baja potencia aisladas se han impuesto como una alternativa sostenible y más rentable a medio plazo a las fuentes fósiles. Sin embargo, dado que la disponibilidad del Sol como fuente de energía y el rendimiento de la instalación son parámetros variables y difícilmente controlables, es imprescindible que las instalaciones fotovoltaicas aisladas (SAPV, por sus siglas en inglés) estén diseñadas correctamente, considerando la variabilidad de las condiciones externas que afectan al sistema. Este trabajo se centra en el desarrollo de un modelo que realice dicha función de dimensionado, partiendo de datos reales de demandas de una vivienda tipo y generación de una instalación en dicha vivienda. Para comprobar la resiliencia de la instalación se emplea un modelo que aleatoriza fallos en el suministro de la instalación a partir de distribuciones de probabilidad, así como la aleatorización de los datos de generación y el empleo de simulaciones de Montecarlo para comprobar la fiabilidad de suministro ante diferentes condiciones. Este proceso de comprobación se engloba en un método iterativo, el cual parte de una potencia instalada y capacidad de batería inicial, calcula si esta cumple unos requisitos mínimos de calidad de suministro y a posteriori comienza a iterar modificando la potencia y capacidad inicial para reducir el coste, comprobando la fiabilidad en cada iteración. El programa tendrá en cuenta tanto los costes directos de la instalación (placas solares y baterías), como los costes de la energía no suministrada por el sistema por fallo de suministro. De esta forma se lleva a cabo la optimización de costes, evitando el infra o sobredimensionado de la instalación y garantizando unos requisitos mínimos de fiabilidad.

[EN] Despite the extensive existing electricity network, there are still areas that remain isolated from the supply, especially in rural areas, and depend on their own means to generate the electricity they consume. Conventionally, this generation has been carried out by means of fuel generators, although recently with the reduction in the cost of photovoltaic modules and batteries, isolated low-power photovoltaic solar installations have established themselves as sustainable and more profitable alternatives in the medium term to conventional sources. fossils. However, given that the availability of the Sun as an energy source and the performance of the installation are parameters that are difficult to control, it is essential that stand-alone photovoltaic installations (SAPV) are designed correctly, considering the variability of external conditions affecting the system. This work focuses on the development of a model to perform this optimal design, based on real demand data for a typical household and the generation of an installation in that household. To check the resilience of the SAPV design, a model is used that randomizes failures in the supply of the installation based on probability distributions, as well as the randomization of generation data and the use of Monte Carlo simulations to check the reliability of supply in the face of different conditions. This verification process is included in an iterative method, which starts from an installed power and initial battery capacity, calculates if it meets minimum supply quality requirements and subsequently begins to iterate, modifying the power and initial capacity to reduce the cost, checking the reliability at each iteration. The program will consider both the direct costs of the installation (solar panels and batteries) and the costs of energy not supplied by the system due to a supply failure. In this way, cost optimization is carried out, avoiding under-sizing or over-sizing of the SAPV, and guaranteeing minimum reliability requirements.