Optimización de diseño de plantas solares fotovoltaicas.

Abstract

Desde sus comienzos, la demanda de energía eléctrica ha tenido un importante y sostenido crecimiento, lo cual conlleva un aumento en la capacidad de generación. El desarrollo de las energías renovables no-convencionales ha tenido un fuerte impulso en las últimas décadas, dominado inicialmente por la energía eólica. En la actualidad, debido a la maduración y masificación de la tecnología de semiconductores, la energía solar fotovoltaica se viabilizó económicamente, y se encuentra en franco despliegue. El objetivo de esta tesis es el diseño optimizado de un parque solar fotovoltaico. El análisis experimental se realiza tomando como referencia las características geográficas y climáticas de Uruguay. El problema es complejo, tanto en lo que hace al sistema físico de referencia, como a la incertidumbre introducida a través del clima, de los precios, los parámetros financieros y de la misma degradación de los componentes sobre un proyecto cuyo repago que se planifica en décadas. La investigación debió recurrir al uso coordinado de múltiples herramientas: analíticas puras, simulaciones sobre escenarios, regresiones para capturar distintos componentes del problema y también a una mezcla de técnicas de optimización combinatoria y continua para hallar soluciones. Los resultados experimentales evidencian directrices respecto a cómo diseñar parques eficientemente de acuerdo con los valores actuales, pero también adelantan las consecuencias esperables como resultado de cambios en esos valores, muchos derivados de una tecnología que aún sigue evolucionando.

The electricity demand has had an important and sustained growth since its early stages, pressing over the generation requirements. The development of non-conventional renewable energies has risen over the last decades predominantly through wind-power. Recently and due to the maturity level and massi cation of semiconductors technology, photovoltaic power became a competitive alternative, which is rapidly expanding. This thesis aims to design an optimal layout for a utility scale solar-farm. The experimental analysis is based upon the geographical and climatic characteristics of Uruguay. The reference problem is complex, both at the physical modeling level and in the intrinsic uncertainty coming from the changing climate, volatile and dependent market prices, nancial parameters, and the mere aging of the infrastructure; all of which must be considered throughout a project designed to be repaid in several years. This research required the coordinated use of multiple tools: purely analytical, scenarios simulation, data regressions to capture di erent aspects of the problem, and also to a mix of combinatorial and continuous optimization techniques to nd solutions. Experimental results show guidelines regarding how solar-farms should be designed to be e cient according on current parameters of the problem. They also anticipate changes to come, which are consequence of variations in these values, many of which are inevitable for a technology that is still evolving.