La energía solar puede proporcionar gran parte de la electricidad necesaria en regiones cálidas / soleadas. Por ejemplo, es perfecto para el suministro de aire acondicionado por la tarde. La energía solar en la azotea puede ser una forma extremadamente rentable de “apuntalar” los períodos de mayor demanda y evitar la construcción de plantas de energía adicionales. Pequeñas cantidades de energía solar son buenas para la red eléctrica.
Así es como se ve una buena cantidad de afeitado solar:
Fotovoltaica en Alemania
Pero es difícil escalar para más que solo afeitar los picos. Cuanto más energía solar tenga, más problemas de administración de la red eléctrica aparecerán. El mayor desafío es, ¿qué haces cuando se pone el sol?
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La electricidad es increíblemente difícil de almacenar a escala de red. Las baterías son ridículamente caras y la hidroelectricidad de almacenamiento por bombeo está limitada por el número de sitios adecuados. No hay muchas otras opciones. Vea la respuesta de Ryan Carlyle a ¿Se puede almacenar la electricidad? Cuando se genera electricidad en una planta, ¿se almacena y luego se distribuye a los ciudadanos? ¿Se puede almacenar la electricidad a una escala tan grande? ¿Qué tan eficiente es el proceso de almacenamiento?
Por lo tanto, la electricidad se debe generar en el momento exacto de uso. Los servicios públicos de energía mantienen un delicado equilibrio para que siempre se adapte la oferta a la demanda. Si desea obtener más detalles técnicos sobre cómo funciona esto, consulte la respuesta de Ryan Carlyle a ¿Cuál es la capacidad de retención de la red eléctrica de EE. UU.? Es decir, ¿dentro de qué margen de error debe coincidir la generación con el consumo?
Esto significa que los paneles solares fotovoltaicos solo son buenos para proporcionar energía cuando el sol está brillando. No cargará su automóvil eléctrico de la noche a la mañana y no alimentará la televisión en su horario de máxima audiencia. Más de la mitad del uso de electricidad ocurre fuera de la ventana donde los paneles solares son efectivos. Las ~ 8 horas de luz solar óptima no hacen nada para ayudarte durante el resto del día.
De hecho, debido a que las plantas de energía convencionales requieren un período de tiempo para acelerar y acelerar, la caída dramática en la producción de energía solar al caer el sol puede causar graves problemas de administración de la red. La gente llega a casa después del atardecer, justo cuando la salida de los paneles solares cae precipitadamente. Uno de los mayores desafíos con la ampliación de la energía solar es cómo gestionar el “problema de la puesta del sol”. Es difícil para la red compensar esta caída masiva en la generación.
California está esperando problemas severos para el ocaso de la puesta del sol en los próximos años, ya que la penetración de su energía solar sigue aumentando. Están pasando la cantidad óptima de energía solar para el afeitado máximo, y ahora están “cavando una vaguada” en la generación de energía durante el día: 
¿Cuál es el punto de un mandato de almacenamiento de electricidad?
La potencia alemana en 2020 se verá así, donde la energía solar de la tarde profundizará en la producción de otra generación. (“Convencional” significa carbón en este caso.) 
Problemas con las renovables y los mercados.
Así que la rampa es un problema. Así es la mezcla de poder utilizada en la noche. Obviamente, necesitas algún tipo de central eléctrica de respaldo mientras el sol está bajo. Y tiene que ser algo “despachable” (controlado por la utilidad) para que los operadores de la red puedan relacionar activamente la oferta con la demanda. Desafortunadamente, la mayoría de las fuentes de energía limpias no pueden utilizarse para este propósito:
- La energía eólica ayuda con la carga nocturna, pero no se puede enviar y, por lo tanto, no puede proporcionar la mayoría / toda la electricidad necesaria.
- Las plantas nucleares existentes (fuera de Francia) no son capaces de acelerarse lo suficientemente rápido como para igualar la caída de la producción solar.
- La capacidad hidroeléctrica ya está maximizada en la mayoría de los países desarrollados y simplemente no está disponible en muchas regiones cálidas y soleadas.
Por lo tanto, la única opción real para que una red orientada a la energía solar proporcione la mayor parte de la energía nocturna / nocturna es con los combustibles fósiles. El gas natural cubre la rampa de la puesta del sol y luego el carbón se recupera para la carga nocturna.
Y tampoco son las versiones más limpias de esas dos. Las plantas de gas y carbón que siguen a la carga son menos eficientes y más sucias que los tipos diseñados para funcionar sin parar todo el día. Entonces, en lugar de las plantas de gas de “ciclo combinado” con un 60% de eficiencia, está ejecutando turbinas de gas con un 30% de eficiencia. Y en lugar de plantas nucleares libres de carbono, estás ejecutando plantas de carbón sucias.
Esto crea una situación irónica, ahora vista en Alemania, donde expandir la energía solar más allá del ~ 5% del suministro de electricidad puede aumentar las emisiones de carbono al forzar a las empresas de servicios públicos a cambiar su generación nocturna a fuentes de energía más sucias. Lo que significa que los desafíos de la administración de la red y el impacto económico de grandes cantidades de energía solar fotovoltaica niegan gran parte de los beneficios.
Los paneles solares en sí son geniales, pero también hay que considerar lo que hacen con el resto de la red. Existen externalidades negativas a la energía solar a altas penetraciones.
Recordar:
- La depilación solar es buena para la red. Reduce la carga en las líneas de transmisión y la necesidad de plantas de energía “pico” caras, que se ejecutan con poca frecuencia. Esto es alrededor del 5% del suministro de electricidad, dependiendo de la región.
- La excavación a través de la energía solar está dañando la red. Las oscilaciones extremas entre la sobrecarga de la tarde y la escasez nocturna causan impactos inesperados en otras fuentes de energía. Estos efectos de segundo orden causan daños ambientales netos junto con un aumento en los costos de electricidad.
Dicho todo esto, HAY otra opción solar aparte de los paneles fotovoltaicos. La energía solar térmica concentrada (CSP) utiliza espejos para enfocar la luz y generar calor. Ese calor se utiliza para generar electricidad, al igual que el calor en una planta de carbón o nuclear. Pero la gran ventaja de CSP solar es que puede incluir un reservorio de calor (de sal fundida) que le permite continuar generando energía después de que se ponga el sol. Esto es sumamente importante para que el potencial de la energía solar sea más que marginal.
Este calor almacenado no dura para siempre, por lo que aún necesita capacidad de respaldo para las mañanas y los días nublados. Pero el calor almacenado cubre en gran medida el perfil crítico de carga del atardecer / noche que afecta a la energía solar fotovoltaica. La reducción gradual de la producción de energía de la CSP durante la noche permite que las plantas de energía de acción lenta, más limpias y baratas, complementen la energía solar.
CSP solar es genial. En un nivel técnico, estoy a favor. Pero es extremadamente costoso: aproximadamente el doble que la energía nuclear o 3 a 4 veces más que el carbón o el gas natural en los Estados Unidos. Así que hay un gran problema económico. Quizás ese costo se reduzca con la escala, y las regiones soleadas pueden obtener mucha más energía solar de la que permite la energía fotovoltaica. Tengo esperanzas, pero no soy optimista.
