Que la luz solar es una fuente de energía interminable es algo más que sabido. De hecho, hace posible la generación eléctrica mediante la energía fotovoltaica que podemos obtener de los paneles solares. El desarrollo que está experimentando esta tecnología es imparable, gracias a la continua incorporación de herramientas avanzadas. Por ejemplo, desde hace algunos años, diversas empresas e instituciones están investigando y desarrollando técnicas y procedimientos que fusionan inteligencia artificial y energía solar. Estas tienen como propósito incrementar la capacidad de generación eléctrica a través de un mayor aprovechamiento de la luz solar y del logro de una alta eficiencia energética.

Investigaciones que involucran inteligencia artificial y energía solar para optimizar la generación eléctrica

En 2018, científicos del Instituto de Energía Solar de la Universidad Politécnica de Madrid (IES – UPM) y del Instituto de Micro y Nanotecnología del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (IMN-CSIC) aplicaron una técnica de estadística e inteligencia artificial (IA) para diseñar paneles solares optimizados. Dicho procedimiento, conocido como clustering, emplea algoritmos de IA para contabilizar todos los cambios que se dan en el espectro solar durante el día. De esta manera, es factible predecir la producción de energía fotovoltaica con pocas horas de cálculo. Gracias al mismo, es posible diseñar paneles solares multiunión para cada localización geográfica.

Durante el día y en el transcurso de las estaciones climáticas, ocurren cambios en la posición del sol y en las condiciones atmosféricas. Estos fenómenos naturales hacen que la luz solar llegue a los paneles con características diferentes.

Actualmente, los paneles solares son fabricados para generar un máximo de energía para un determinado color de la luz. En consecuencia, los cambios de la posición del sol y de las condiciones atmosféricas derivan en pérdidas de producción. Con el propósito de disminuir tales pérdidas, los esfuerzos se concentran en diseñar paneles solares que suministren un nivel óptimo de producción energética global y no para un color específico. Pero la amplia diversidad de condiciones atmosféricas en combinación con las diferentes posiciones del sol, hacen muy complejo este proceso. Aquí es donde interviene el binomio inteligencia artificial y energía solar.

Precisamente, los investigadores le la UPM y del CSIC redujeron los conjuntos de datos con miles de espectros solares a unos pocos espectros característicos. En función de ello, utilizaron técnicas de IA, lo que les permitió emplear esta información para pronosticar la eficiencia promedio anual de acuerdo al diseño de la célula solar. Este es un avance equiparable y relacionado con los paneles solares inteligentes.

Huawei Smart PV fusiona inteligencia artificial y energía solar en sus sistemas

Sin duda, el consorcio tecnológico chino Huawei es uno de los líderes en el sector de la energía fotovoltaica. En efecto, los esfuerzos de I+D de su filial especializada, Huawei Smart PV, están enfocados en profundizar la integración de inteligencia artificial y energía solar. En particular, la mencionada compañía está trabajando en una arquitectura central para materializar la sinergia Dispositivo-Edge-Cloud que añadirá más valor a las plantas fotovoltaicas. Cada tecnología aportará diferentes capacidades:

• Los inversores solares (dispositivos) contarán con mucha más capacidad de actualización para servir como sistemas de monitoreo fotovoltaicos inteligentes. Tal condición permitirá recopilar datos de alta precisión, la optimización del rendimiento de energía a nivel de cadena y la detección de arco de CC. Todo ello, en tiempo real y generando de la misma forma respuestas al control vinculado a la red. Incluyendo, además, inferencia, ejecución y capacidades de control de circuito cerrado automático.
• Por su parte, los módulos de inferencia IA (edge) están integrados en los controladores de la matriz fotovoltaica para generar una actualización de inteligencia artificial. Estos módulos recogen datos del dispositivo y deducen modelos de IA para lograr una producción de energía óptima en tiempo real. De esta forma, es factible una generación de energía perfecta y disponer de un control vinculado a la red de los paneles fotovoltaicos.
• Por último, mediante cloud se implementa una plataforma de capacitación e inferencia de inteligencia artificial en el sistema de gestión. El objetivo es llevar a cabo la capacitación continua y optimizar el modelo de algoritmo de IA, sin alterar los dispositivos actuales. En base a lo anterior, es posible incrementar constantemente la eficiencia energética del sistema y la precisión del diagnóstico de fallos potenciales.

El sistema Smart DC de Huawei

Por si fuera poco, otro adelanto desarrollado por Huawei es el Smart DC, un sistema de circuito cerrado, colaborativo y convergente. Está diseñado para integrar los paneles solares bifaciales, inversores, rastreadores y controladores fotovoltaicos inteligentes en una sinergia de circuito cerrado. Tal interconexión optimiza todo el sistema de generación de corriente continua (CC) y los abultados valores de los algoritmos convencionales.

En resumen, el controlador fotovoltaico inteligente que describimos funciona como un cerebro inteligente capaz de aprender por sí mismo y mejorar los algoritmos de optimización del rastreador. Por otra parte, el entrenamiento y el modelado de IA apoyados ​​en la red neuronal adaptan los rastreadores al ángulo óptimo. Esta es una condición indispensable para obtener todo el provecho del potencial de cada cadena fotovoltaica en una planta de energía fotovoltaica.

Drones, inteligencia artificial y energía solar para una mayor eficiencia

En septiembre de 2023 culminará un programa conjunto de I+D+i entre el grupo tecnológico internacional Ingeteam Service y la Universidad de Castilla-La Mancha, denominado RA4PV. Durante sus tres años de duración, se espera sentar las bases de un sistema de monitorización mediante drones. Estos vehículos estarán interconectados a subsistemas de diagnóstico de paneles solares para crear un nuevo modelo de inspección en una plataforma online móvil. El mismo permitirá incrementar la rentabilidad y la vida útil de las instalaciones fotovoltaicas.

En este sentido, el enfoque del proyecto está en el desarrollo de nuevas tecnologías fundamentadas en la monitorización y tratamiento de señales que proporcionen datos térmicos fiables. Mismos que permitirán evaluar y clasificar la gravedad de una anomalía mediante innovadores algoritmos de IA para el tratamiento de datos. Claramente, estamos ante otra novedosa interrelación entre inteligencia artificial y energía solar. Asimismo, otro de los objetivos de RA4PV es aumentar el rendimiento del sistema de monitoreo, mediante un sistema de posicionamiento de la aeronave no tripulada. Esta innovación ayudará a reducir los errores y las medidas no requeridas, garantizando que el dron analice solo las zonas seleccionadas por el operador. En general, dicho sistema suministrará también herramientas para la toma de decisiones durante las labores de operación y mantenimiento.

El sistema de monitoreo SuperTrack de Trina Solar combina inteligencia artificial y energía solar

Como corresponde a uno de los líderes del mercado de energía fotovoltaica, Trina Solar también desarrolla soluciones tecnológicas para optimizar el rendimiento de sus productos. Su sistema de monitoreo y control inteligente SuperTrack dispone de un algoritmo de seguimiento que incluye un algoritmo de IA. Este recurso ayuda a incrementar la generación de electricidad entre 3 % y 8 %, comparado con algoritmos convencionales.

En concreto, dicho recurso combina un algoritmo inteligente de seguimiento (Smart Tracking: STA) y un algoritmo inteligente de retroceso (Smart Backtracking: SBA). Ambos mejoran el rendimiento energético, particularmente en días nublados y de irradiación muy difusa o en terrenos con pendientes, por lo que constituyen un mecanismo innovador que combina inteligencia artificial y energía solar.

El primero de estos optimiza la producción de energía para paneles solares bifaciales, específicamente, en estados de alta irradiación difusa teniendo en cuenta 12 parámetros. Estos últimos están incluidos en el modelo de irradiación bifacial patentado por Trina y establecen una gran diferencia con los cuatro parámetros considerados por los algoritmos convencionales de seguimiento para la misma función. Más aún, STA acorta los tiempos de rotación de los seguidores, lo que prolonga la durabilidad de los motores.

Por su parte, el algoritmo inteligente de retroceso, SBT, reduce las pérdidas de generación de energía debidas al sombreado que producen las filas de los seguidores instalados en terrenos con desniveles. A los efectos, la tecnología de detección de UAV y los datos de generación de energía simulan paisajes y sombras tridimensionales. Dicho simulador facilita la definición precisa del ángulo de backtracking óptimo. Esta función la realiza un algoritmo de aprendizaje automático y el modelo de mini-sombreado (Mini-Shading), igualmente patentado por Trina Solar.

En E4e Soluciones estamos al corriente de la innovación en energía solar

Como especialistas en diseño y desarrollo de instalaciones de autoconsumo fotovoltaico, en E4e Soluciones tenemos conocimiento de las innovaciones en nuestro sector. Y vamos implementándolas de acuerdo a las necesidades de nuestros clientes. ¿Quieres saber más sobre la relación inteligencia artificial y energía solar? ¡No dudes en consultarnos!