Fiabilitat de les dades en els smartgrids.

A mesura que augmenten els recursos energètics distribuïts (DER) que es connecten behind the meter (BTM), destaca la necessitat de gestionar acuradament tant l'equilibri demanda-oferta com l'augment de la utilització de les escomeses, línies i transformadors dels centres de transformació. Tota aquesta gestió requereix informació precisa i oportuna. 

Els problemes de fiabilitat de les dades de la xarxa podrien degradar aquesta informació i donar lloc a la propagació d'incorreccions, inclòs el control de la xarxa intel·ligent. La mala qualitat de les dades o les previsions inexactes podrien contribuir a emissions innecessàries de gasos d'efecte hivernacle (GEH) i despeses financeres, així com produir incidències a la xarxa.

És essencial aprofitar correctament la informació en temps real, així com les previsions de com fluctuen tant la càrrega com el subministrament DER. La fiabilitat d'aquesta informació i el seu ús depèn de molts components de la xarxa intel·ligent, inclosos els sistemes de sensors, les xarxes de comunicació i els processos de qualitat de dades.

Sota les hipòtesis en què es basa la manca de dades no es compleixen, els biaixos poden donar lloc a inferències que utilitzen aquestes imputacions. Per exemple, si les dades que s'utilitzen per predir la càrrega falten d'algunes ubicacions a causa de problemes de comunicacions de xarxa, i les dades que falten s'imputen o s'estimen des d'ubicacions sense problemes de comunicació, les inferències fetes amb aquestes imputacions poden estar esbiaixades si les ubicacions amb i sense problemes de comunicació difereixen en les seves associacions del perfil de càrrega. 

Les previsions de càrrega o DER derivades de les dades que no inclouen factors clau, com ara tipus de clients o condicions locals, poden donar prediccions pobres. A més, els models i les previsions poden quedar obsolets si no incorporen l'evolució dels factors clau, per exemple, l'arribada dels vehicles elèctrics o canvis en diversos sistemes de gestió energètica.

Si les dades o els models desenvolupats a partir dels primers clients que adopten  fonts renovables BTM s'utilitzen per predir la càrrega de nous clients amb dades insuficients, aquest ús pot crear biaixos si els clients més nous difereixen dels primers. De la mateixa manera, els conjunts de dades predeterminats també poden introduir biaixos, ja que poden no ser representatius de les condicions futures, com ara l'ús de senyals de preus en temps real.

Així mateix, l'avaluació de qualsevol component de la xarxa intel·ligent, com ara un sistema de gestió DER o un sistema de comunicació, és un repte perquè les dades recollides depenen de nombroses condicions. 

Les previsions de les DER i les càrregues de la distribució local, especialment BTM, són difícils a causa de la manca de dades del BTM, les grans fluctuacions de la càrrega i les extremes variacions meteorològiques. 

Al seu torn, les previsions de càrrega que depenen del les font renovables BTM es poden utilitzar com a inputs per als sistemes de gestió d'energia, preus, planificació i altres aplicacions de xarxes intel·ligents. Els impactes resultants dels errors i les incerteses en les previsions de càrrega sobre les emissions de GEH, la fiabilitat de la xarxa, la resiliència i el cost, són en gran part desconeguts.

L'avaluació de les previsions de càrrega sovint es basa en mitjanes com ara l'error percentual absolut mitjà, que reflecteixen malament els pics en les dades fluctuants, i fins i tot l'avaluació de les previsions màximes, sovint no és fiable. La regressió quantil, un mètode de pronòstic probabilístic que pot expressar incertesa en les previsions, s'utilitza fins a cert punt en la previsió de càrrega. Tanmateix, falta una avaluació robusta generalitzada de la regressió quantil i altres mètodes de previsió probabilística.

La ràpida  i fiable comunicació de dades, previsions i informació de control és essencial per al funcionament de la xarxa intel·ligent. Atès que els vehicles elèctrics poden fer de DER flexible BTM, hi ha una creixent necessitat de comunicació amb els vehicles elèctrics, fins i tot quan els vehicles elèctrics no es troben a les estacions de recàrrega. 

Els reptes per a la comunicació de la xarxa intel·ligent inclouen un ample de banda limitar, el cost i, per a alguns sistemes sense fil: interferències espectrals, degradació del senyal pel temps i problemes de cobertura, com ara obstruccions, inclosos els interiors dels aparcaments, que poden contenir estacions de càrrega. Les comunicacions també es poden interrompre per danys a la infraestructura de comunicacions o talls d'electricitat; aquesta interrupció pot dificultar l'intercanvi d'informació fiable amb els vehicles elèctrics en moments crítics.

La informació també es pot corrompre per atacs de ciberseguretat a les xarxes de comunicació, dades emmagatzemades o a l'entrenament i l'ús d'algoritmes d'intel·ligència artificial (IA).

Per gestionar els possibles errors introduïts per l'ús de valors imputats o estimats per a les dades que falten, s'ha de determinar si la manca de dades és aleatòria: si ho és, la incertesa associada a la imputació s'ha d'incorporar als usos de les dades. En cas contrari, s'hauria d'utilitzar la informació del patró que les fa desaparèixer.

S'han de dissenyar mètriques addicionals per quantificar les dades i la qualitat de la previsió, incorporar-les de manera eficient als estàndards de les xarxes intel·ligents i introduir algorismes que utilitzen les dades i les previsions. Aquestes mètriques haurien de quantificar les possibles incerteses, per exemple, mitjançant l'ús d'intervals de predicció per a les previsions. Les mètriques també haurien de quantificar els biaixos i incloure no només el rendiment mitjà de la previsió, sinó també el rendiment de la previsió en condicions que posin a la xarxa en estrès. S'ha de realitzar una avaluació de l'impacte de les imprecisions de les previsions. Per exemple, es podria fer una comparació de com funciona un sistema utilitzant la càrrega prevista en un centre d'interval de predicció quan la càrrega real es troba a un extrem de l'interval. La fiabilitat dels mateixos intervals de predicció s'hauria de validar sòlidament amb dades reals,

L'ús de múltiples xarxes de comunicació com ara, Wi-Fi, 4G, 5G, ràdio FM i comunicacions per satèl·lit, poden augmentar la resiliència. La càrrega i descàrrega proactiva i oportunista dels vehicles elèctrics no només al llarg del temps, sinó també a l'espai, podria mitigar la interrupció posterior de la informació i el poder. Per exemple, abans d'una incidència, la xarxa intel·ligent hauria d'iniciar la comunicació amb els vehicles elèctrics per incentivar la càrrega anticipada en llocs favorables i la descàrrega per a possibles interrupcions potencials. Finalment, la demanda de comunicació es pot reduir emmagatzemant i processant més dades localment.

Es necessiten més dades reals o sintetitzades, especialment de condicions meteorològiques extremes i altres condicions inusuals. A més, es pot obtenir informació addicional a partir de l'ús de restriccions físiques, així com de sistemes de sensors externs. Els models de previsió s'han de controlar i actualitzar a mesura que evolucionen les condicions de la xarxa. La defensa contra les diferents amenaces de ciberseguretat, s'hauria de tenir en compte des de l'inici de la planificació.

Ramon Gallart

Ser Innovador.

Per  assolir els objectius cal enfrontar incerteses que comencen per com finançar una idea, el dubte de si serà un èxit, si es vendrà, que farà la competència, etc.

Moltes vegades es creu que una persona innovadora, és quelcom especial o tenen la sort de cara. Però la veritat, és que no és res d'això. Llavors, que fa que algú sigui innovador o emprenedor d'èxit?

Hi han recerques que avalen que els innovadors i els emprenedors no prenen més riscos que la resta de persones. En general, els innovadors acostumen a sentir-se més còmodes prenent decisions en entorns d'incertesa respecte la resta de gent. A més, els innovadors solen tenir un conjunt d'habilitats que els permeten desenvolupar-se quan hi han entorns amb incerteses. No obstant això,  diverses investigacions han demostrat que aquestes habilitats no només són efectives, sinó que també es poden aprendre i practicar per qualsevol persona i així, millorar les seves habilitats d'innovació. 

Todd Saxto de la IU Kelly School of Business, va definir el risc com els factors que determinen l'èxit o el fracàs estan fora del nostre control, però es coneixen les probabilitats d'èxit. Per exemple: Un joc de daus, no es pot controlar quina cara sortirà, però es coneixen les probabilitats.

La incertesa és quan els factors que determinen l'èxit o el fracàs no estan necessàriament fora del nostre control, sinó que són simplement desconeguts. Per exemple: Acceptar un repte per jugar a un joc del qual no es coneixen les regles del tot.

Els innovadors tendeixen a estar més disposats a aventurar-se en allò desconegut i, per tant, són més propensos a participar en projectes ambiciosos fins i tot quan els resultats i les probabilitats són molt dubtoses.

Segons estudis científics mitjançant la ressonància magnètica ha permès descobrir que en gran mesura, l'anàlisi de riscos  és un procés racional basat en càlculs, però la incertesa activa la part més reptiliana dels nostres cervells per fugir o lluitar. En altres paraules, es podria dir que els perfils innovadors són més capaços de mantenir les seves capacitats analítiques malgrat l'adrenalina i també minvar la seva resposta instintiva que sorgeixen quan s'enfronten a la incertesa. En definitiva, la gent innovadora, no ignora el risc sinó, són capaces d'analitzar-ho en situacions de incertesa.

La resposta química al risc i la incertesa pot estar fixada als nostres cervells, però això no vol dir que és neix essenmt onno un innovador. Per tant, les capacitats innovadores poden ser apreses.

Jeff Dyer, Hal Gregersen i Clay Christensen van passar treballar molts anys investigant les característiques dels innovadors d'èxit. Van dividir les habilitats d'innovació en dues categories: Delivery skills and Disvovery skills .

Els delivery skills, inclouen l'anàlisi quantitatiu, la planificació, la implementació orientada al detall i una execució disciplinada, com a característiques essencials per a l'èxit en moltes ocupacions, Són les que més intervenen en el desenvolupament d'idees i la gestió de situacions d'incertesa. Però per a la innovació, el discovery  va davant del delivery .

Com qualsevol habilitat, aquestes es poden aprendre mitjançant una combinació de la pràctica i l'experiència. Si  es fan les preguntes adequades, s'observa, s'experimenta i es treballen en equip, els innovadors seran més propensos a identificar oportunitats i tenir èxit. Els innovadors amb èxit, són apassionats per fer front a reptes.

Per acabar, estic convenut que la innovació requereix de persistència. Un negoci no és una qüestió d'atzar de manera que fer-lo prosperar i créixer no és trivial ni es fa d'un dia per l'altre. Es necessita algú disposat a treballar-hi de valent per fer-ho realitat, i sovint, com més disruptiva sigui la innovació, uns oportunitat requerirà més temps per ser a acceptada, però, més opcions hi haurà de crear un mercat en que es sigui pioner amb els avantatges i riscos que soposa.

Ramon Gallart

Avions elèctrics.

Els avions elèctrics i els vehicles voladors són el futur de l'aviació i el transport de la societat per a les futures xarxes intel·ligents. Aquestes tecnologies s'han convertit en una tecnologia clau habilitadora per a conceptes que van des de sistemes de propulsió híbrid-elèctrics fins a avions totalment elèctrics. 

El mercat global de l'electrificació està creixent ràpidament i s'estima que arribarà als 8.600 milions de euros el 2030. A més, els vehicles voladors i els avions elèctrics estan abordant diversos aspectes com la reducció d'emissions, els costos de funcionament i la descarbonització, juntament amb les evolucions de les tecnologies i el creixement de les necessitats de viatges compartits. Els avenços moderns en motors elèctrics, convertidors de potència, bateries i sistemes auxiliars relacionats, han donat energia a la indústria.

Aquesta tecnologia està inspirant innovadores solucions de transformació en àrees cíviques amb nous vehicles de mobilitat aèria urbana i cotxes voladors, mentre que els avions elèctric més grans aborden l'ús d'energia i els problemes ambientals a escala global. Els components elèctrics i el sistema, han de complir amb rigoroses mètriques de densitat de potència, eficiència i fiabilitat per liderar la nova era dels avions elèctrics juntament amb les societats intel·ligents. Tanmateix, hi ha una manca d'investigació que s'orienti a aquesta àrea transformadora i emergent. Per tant, hi ha una essencial necessitat de dedicar-se a avançar i potenciar aquesta tecnologia. 

Els avions elèctrics actualment són una de les àrees més investigades en l'exploració aeronàutica amb la finalitat de convertir aquesta indústria a ser ecològica. Tot i que hi han moltes línies de  recerques, la major part d'elles es concentren en els sistemes d'alimentació de a bord. La indústria de l'aviació proposa desenvolupar més avions elèctrics per substituir sistemes auxiliars, com els hidràulics, per augmentar l'eficiència, millorar les taxes de consum de combustible, reduir els costos de manteniment i reduir el pes de l'avió. La propulsió dels avions elèctrics pretén substituir els motors convencionals.

Els motors de propulsió elèctrica  (MPE) són més silenciosos, més eficients i més respectuosos amb el medi ambient. Un inconvenient dels MPE, rau en el controlador de distribució de corrent continu tradicional que utilitza interruptors mecànics i no té una detecció de fallades amb prou rapidesa per protegir-los. Una tecnologia en evolució són els controladors de potència d'estat sòlid. Esdevenen una prometedora solució per oferir una protecció més fiable i intel·ligent per als MPE. Els transistors d'alta mobilitat d'electrons de nitrur de gal·li són un  potencial substituts dels de silici convencionals a causa del seu pes molt més lleuger, més  petits i més eficients.

En el futur es preveu centrar-se en simulacions per a un sistema real de llarg del cicle de vida, incloent components, disseny optimitzat,  integracions de sistemes, proves i els procés de validació. També s'espera crear sistemes integrats mitjançant la integració de dominis físics junts per construir sistemes d'aeronaus integrats virtuals complets, establint la lògica de controls per comandar la resposta del sistema i desenvolupar un model amb capacitat i en temps real. 

En definitiva, la propulsió elèctrica és el futur del disseny d'avions donat que aprofundeix en les motivacions per a l'electrificació de les aeronaus, com ara les emissions i les millores sistèmiques de l'aviació. També aborda reptes com ara l'emmagatzematge d'energia i l'electrònica de potència. Desenvolupar avions elèctrics és més que fer un avió, es tracta d'un desenvolupament sostenible des del terra fins a l'aire.

Ramon Gallart

Millora en els autobusos elèctrics.

Cada cop hi ha més autobusos als Països Baixos que són elèctrics. A hores d'ara, prop del 80% de tots els autobusos nous funcionen amb un motor elèctric. 

Tot i semblar una molt bona noticia pels aspectes del medi ambient però,  hi ha un problema: com que acostuma a ser difícil predir quanta energia queda a la bateria, sovint es programen més autobusos del necessari. Les companyies d'autobusos també han de planificar amb mesos d'antelació. Per resoldre això, s'han desenvolupat models que poden predir exactament quanta energia utilitzarà un autobús elèctric en una ruta determinada.

Igual que els turismes elèctrics, els autobusos elèctrics funcionen amb un o més motors elèctrics, que reben energia d'una bateria a bord del vehicle. La distància que pot recórrer l'autobús, la seva autonomia, depèn de dos factors: la capacitat de la bateria i el consum d'energia del vehicle.

Com que no és fàcil augmentar la capacitat energètica d'un autobús elèctric (les bateries són grans i pesades), aquests autobusos tenen una autonomia de conducció més curta que els autobusos amb motor de combustió dièsel convencionals.  A més, l'autonomia varia bastant, segons el vehicle, la carretera, el trànsit i la meteorologia.

Això no només és incòmode per al conductor en particular, perquè no sap quant de temps encara pot funcionar l'autobús, també és molest per a les persones que fan la planificació. Sovint han de preparar més autobusos dels que realment necessiten. només per estar segur, cosa que, per descomptat, no és gaire eficient.

El lliscament i suspensió, ha inspirat el jove investigador a desenvolupar una eina que prediu amb detall el consum d'energia dels autobusos elèctrics. La seva eina té en compte no només la informació de la ruta, com ara la velocitat màxima permesa a la ruta, sinó també les dades meteorològiques actuals i el pendent de la carretera.

La predicció principalment es basa en models físics que simulen la dinàmica dels autobusos. Per exemple,  la resistència al rodament de les rodes, la resistència aerodinàmica i les pèrdues que es produeixen en girar les rodes. També, es van enriquir aquests models amb dades reals sobre el temps i la informació de la ruta, com ara la ubicació dels semàfors.

Es va provar el model amb autobusos urbans elèctrics de VDL, que s'utilitzen a la ciutat d'Eindhoven. Això va demostrar, entre d'altres coses, que en trams de corbes consumeixen molta energia, fins a un 5% del consum del tren de transmissió. Això és perquè els pneumàtics tendeixen a increment la fricció en les corbes o cantonades. També es va constatar que la suspensió dels autobusos consumeix energia extra quan es condueix per carreteres irregulars el que significa fins a un 13% del consum mitjà d'energia dels autobusos urbans.

Al final, va ser possible predir amb un marge d'error de només el 10%, quanta energia consumiria un autobús concret en una ruta concreta. A partir d'això, en combinació amb els models de bateries existents, també es possible predir l' autonomia exacta de conducció.

S'espera que aquests models siguin especialment útils en la planificació dinàmica d'autobusos. Actualment, els autobusos es programen amb mesos d'antelació, cosa que no sempre és eficient. En el futur, això es pot fer molt en menys temps, una setmana abans, o fins i tot un dia abans. Això té tot tipus d'avantatges,  com ara eficiència i flexibilitat.

Font: Universitat Tecnològica d'Eindhoven Camiel Beckers, Predicció de consum d'energia per als autobusos elèctrics urbans. pure.tue.nl/ws/portalfiles/por … 20628_Beckers_hf.pdf

Risc de la transició energètica.

El món entén que el canvi climàtic s'ha d'abordar amb urgència i que la velocitat actual del canvi no és prou ràpida.

A partir d'aquesta entesa, cal avançar amb determinades accions necessàries, com ara l'eliminació progressiva de les centrals elèctriques de carbó. Per descomptat, cal reconèixer que aquests canvis són grans i no es produiran sense un període de transició: per exemple encara faran falta explotar centrals elèctriques de gas per garantir l'estabilitat el subministrament d'energia fins que es disposi de capacitats d'emmagatzematge d'energia suficients (com l'hidrogen) a un preu de mercat. 

La UE té una agenda clara a través del European Green Deal de manera que, seguirà endavant amb aquesta aposta. Altres nacions també estan progressant amb tecnologies i models de negoci. I això hauria d'oferir clars avantatges a llarg termini. Els països que prenguin el lideratge i el risc, tindran potencialment les solucions a les seves mans; això els permetrà donar suport a altres països amb les seves innovacions, la qual cosa obrirà el camí per a la comercialització de nous models de negoci a nivell internacional, i reforçar les economies d'aquests països líders. Per tant, el compromís de lluitar contra el canvi climàtic també comportarà una transformació de les economies produint noves maneres de lliurar béns i serveis. Això donarà lloc a economies més resilients, que estiguin preparades per als xocs més amplis, causats pel canvi climàtic.

Per fer possible una transició energètica controlada,  cal definir la demanda energètica, ja que és fonamental per mitigar el risc de la transició energètica. si no fem aquesta nova definició  no serà possible saber les capacitats de generació elèctrica necessàries sense comprendre les demandes energètiques reals. Tot i que hi han actors que  s'encarreguen de definir la demanda energètica certament, no es coneix la demanda energètica real. Per exemple,  fa un any, el nou govern alemany va manifestar que els manca informació sobre la demanda futura. Sense dubte, va ser una declaració política sorprenent donada la importància del tema per a l'economia més gran d'Europa.

Cal entendres que el impacte més important de l'economia de la demanda en els sistemes elèctrics passa per que l'oferta segueixi la demanda. Amb aquest plantejament i coneixent la demanda es possible definir les capacitats que calen  de generació d'energia per atendre a la societat. Sense dubte, per una transició energètica real, cal implantar fonts descentralitzades per fer en la major mesura possible que aquests fonts de generació  estiguin properes a la demanda. Per descomptat, les grans ciutats i les zones industrials, encara hauran de produir energia en altres zones d'un país o potencialment fora del país. Però la producció d'energia descentralitzada serà part del sistema d'energia elèctrica.

La transició energètica es basa en una combinació de tecnologies de generació distribuïdes, on possiblement la solar serà la font d'energia predominant. L'ús de l'energia nuclear està tornant estar en els debats com una font d'emissions zero, però dependrà molt de les prioritats nacionals, la infraestructura i els interessos polítics. A més de la tecnologia, que és d'alt risc en comparació amb l'eòlica o la solar, cal esmentar que els costos de l'energia, són molt més elevats per a una nova central nuclear en comparació amb les energies renovables. La generació d'energia s'ha de basar en els preus de l'energia que reflecteixin el mercat, de manera que les tarifes subvencionades i els crèdits fiscals no s'han de considerar com a necessaris per fer la transició. Però, les tecnologies com l'hidrogen, al principi els cal un cert suport.

Per altre banda, les tecnologies com IoT i IA proporcionen eines per simular el futur de l'energia. Aquesta simulació requereix de dades en temps real a un horitzó de 15-20 anys. Amb aquesta previsió, serà possible disposar de molta agilitat en la planificació i gestió de l'energia. Un dels llocs que necessita d'aquesta agilitat, són la volatilitat dels mercats la velocitat de la obsolescència de la tecnologia.

Per tant, s'està al inici d'un canvi de les economies en el futur de l'energia elèctrica de manera que fins que no s'aconsegueixi el net zero a nivell mundial (previst per al voltant del 2050-2060), cal treballar plegats per trobar una manera de fer que la transició energètica es produeixi sense posar en perill els sistemes. 

En definitiva, la transició energètica cap a un món totalment elèctric només tindrà èxit si es minven els riscos corresponents. Actualment, no s'està preparat per aconseguir aquest canvi, i cal no s'entreveu un pla real per la transició energètica. Certament, es te el repte més gran que serà resolt si es confia en la  capacitat per inventar tecnologies i models de negoci innovadors. Amb tot tipus d'innovació en diferents indústries i sectors, serà possible assolir-ho.

Ramon Gallart

Com fer que la fotovoltaica sigui més verda?

O en altres paraules, com es podria reduir l'impacte del carboni d'una tecnologia ja verda?

Les dues tecnologies fotovoltaiques (PV) que dominen el mercat són: el silici (Si) i el telurur de cadmi (CdTe). 

Aquestes tecnologies verdes ajuden a reduir les emissions de carboni i assolir els objectius globals de descarbonització, però els seus processos de fabricació poden provocar emissions de gasos d'efecte hivernacle. Les tecnologies verdes són un opció increïblement necessària, però cal  treballar per reduir l'impacte en les emissions durant els processos de fabricació en vista de l'escalament que es preveu.

Per entendre l'impacte global d'aquestes tecnologies verdes en els objectius globals de descarbonització, cal obrir més el cap exploratori i mirar més enllà de les mètriques tradicionals com el cost, el rendiment i la fiabilitat. Per exemple, caldria avaluar l'energia i el carboni incorporat entès com l'energia absorbida i les emissions de carboni implicades en la fabricació d'un mòdul fotovoltaic; així com el temps de recuperació de l'energia entesa com el temps que triga un sistema fotovoltaic a generar la mateixa quantitat d'energia que es necessitava per produir-lo.

La majoria dels avenços han estat impulsats pel cost i l'eficiència perquè aquestes mètriques són fàcils d'avaluar. Sens dubte, intentar augmentar l'eficiència té un benefici, però altres factors també influeixen quan es tracta de reduir la descarbonització.

Una de les úniques coses que es podria fer,  seria combinar l'anàlisi del cicle de vida amb l'enginyeria dels materials per explicar els resultats d'emissions de cada tecnologia i per examinar els efectes dels avenços futurs això comportaria identificar àrees on es necessita més investigació.

El territori a on es fa el procés de fabricació i el tipus de tecnologia tenen un impacte important en el carboni incorporat i representen dos punts clau que es ajudar en influir en la descarbonització. 

Les barreges actuals dels països que fabriquen energia solar una combinació d'energia més neta, en comparació amb l'ús d'una barreja rica en carbó, pot reduir les emissions en un factor de dues vegades.

 A més, tot i que actualment les plaques de Silici dominen el mercat, les tecnologies fotovoltaiques de pel·lícula prima com el CdTe i les perovskites podrien dividir per dos la intensitat de les emissions de carboni.

Aquesta visió és important a causa del pressupost limitat de carboni disponible per donar suport a l'escala esperada de la fabricació fotovoltaica en les properes dècades.

Si es vol assolir els objectius de descarbonització establerts sobre el canvi climàtic, fins a una sisena part del pressupost de carboni restant es podria utilitzar per fabricar mòduls fotovoltaics. Aquesta és l'escala del problema: és una quantitat massiva de fabricació que s'ha de fer per substituir les fonts d' energia que s'utilitzen avui.

L'esperança és que, il·lustrant la magnitud del problema faci possible que la societat tingui un altre punt de vista sobre l'ús de tecnologies fotovoltaiques de pel·lícula prima, com ara CdTe, i la fabricació amb barreges netes.

En definitiva, accelerar la incorporació de fonts d'energia baixes en carboni al mix de la xarxa elèctrica és primordial.

Un dels grans punts forts de la fotovoltaica és que té aquest bucle de retroalimentació positiva. A mesura que  es vagin aturant generadors que generin emissions de la xarxa elèctrica i, en part, afegint més fotovoltaica a la xarxa, la fabricació fotovoltaica es farà més neta i, al seu torn, convertirà la fotovoltaica en un producte encara millor.

Font: Hope M. Wikoff et al, Energia incorporada i carboni a partir de la fabricació de telurur de cadmi i fotovoltaics de silici, Joule (2022). DOI: 10.1016/j.joule.2022.06.006

Llei de Moore en explosius,

Un exemple clar sobre innovació és el creixent nombre de microxips que es fabriquen. El primer microprocessador d'Intel, el 4004 va ser sortir el 1971, tenia 2.300 transistors. Mig segle després, ja supera els 50.000 milions, per a l'Apple M1 Max , un augment de set vegades.

Durant tot el segle XX, les velocitats màximes de viatges van augmentar menys de deu vegades per exemple, des d'uns 100 km/h per als trens ràpids fins als 900 km/h per als avions comercials. Els gratacels van aconseguir ser només 2,4 vegades més alts, des de l'edifici Singer (187 metres) fins a les Torres Petronas (452 metres). 

Però hi ha un assoliment que, malauradament, ha tingut guanys encara més grans des de 1945: el poder destructiu dels explosius.

Els explosius moderns daten del segle XIX, amb trinitrotoluè (TNT) i la dinamita a la dècada de 1860, seguits de RDX (Royal Demolition Explosive), patentat el 1898. Durant la Segona Guerra Mundial, el poder explosiu va ploure sobre les ciutats europees i japoneses en forma de bombardeigs a gran escala, i al final de la guerra, el 1945, l'arma explosiva més poderosa va ser el coet nazi V-2. Portava 910 kg d' amatol —una barreja de TNT i nitrat d'amoni— i tenia una energia explosiva d'uns 3,5 GJ.

L'augment de la potència explosiva, durant 16 anys, coincideix amb el que la llei de Moore ha aconseguit en els 50 anys des de 1970.

Després va venir una classe completament nova d'explosius, els que explotaven la fissió i la fusió nuclears. La bomba que va esclatar sobre Hiroshima el 7 d'agost de 1945 va alliberar 63 GJ d'energia, la meitat com a ona explosiva, aproximadament un terç com a radiació tèrmica. La bomba de Nagasaki, llançada dos dies després, va llançar uns 105 GJ. Però aquestes dues primeres bombes eren petites en comparació amb les que va venir després. La bomba d'hidrogen (o fusió) més potent dels Estats Units, provada el 1954, equivalia a 15 megatones de TNT (63 petajoules). 

Això va ser superat amb escreix el 30 d'octubre de 1961, quan la Unió Soviètica va provar la bomba RDS-220 sobre Novaia Zemlya a l'oceà Àrtic. Cinquanta-nou anys més tard, l'agost de 2020, Rosatom (l'agència d'energia atòmica de Rússia) va estrenar una pel·lícula de 40 minuts de durada que afirmava que la bomba, sobrenomenada latsar bomba —la bomba de l'emperador— havia tingut un rendiment de 50 megatones.

En aquest enllaç, hi ha un vídeo extraordinari en el qual, la antiquada instrumentació analògica ofereix un estrany contrast amb l'immens poder destructiu de l'arma. La bomba, penjada sota el ventre d'un bombarder Tu-95, va ser llançada en paracaigudes des d'una alçada de 10,5 km i va detonar 4 km sobre el terra. L'explosió va alliberar 210 PJ d'energia, tres ordres de magnitud més que la bomba de Nagasaki, creant un núvol de bolet d'uns 60-65 km de diàmetre i un flaix visible des de gairebé 1.000 km de distància. I poc després Nikita Khrushchev, el primer ministre soviètic, va afirmar que el seu país havia construït però no provat una bomba el doble de poderosa.

L'últim atac de V-2 a Londres va tenir lloc el 27 de març de 1945, menys de sis setmanes abans de la rendició nazi. A la prova de Novaia Zemlya el 1961, l'energia explosiva màxima de les armes havia augmentat en set ordres de magnitud, fins a més de 200 PJ. Aquest augment, durant 16 anys, coincideix amb el que la Llei de Moore ha aconseguit en els 50 anys des de 1970. És un recordatori de les terribles prioritats de la civilització moderna.

Font:  Numbers Don't Lie, (Vaclav Smil)

Impacte dels inversos connectats a la xarxa elèctrica.

La capacitat instal·lada fotovoltaica ha anat augmentant als sistemes de distribució per les xarxes intel·ligents i així, cobrir les necessitats energètiques. No obstant això, l'alta penetració de les plantes FV podria, afectar el funcionament i la planificació de les xarxes de distribució. 

Per garantir un subministrament d'energia consistent i d'alta qualitat sota una xarxa descentralitzada, és fonamental preservar la compatibilitat i l'estabilitat entre la xarxa i els seus equips connectats. La qualitat de l'energia és un factor essencial per a la fiabilitat dels sistemes fotovoltaics connectats a la xarxa.

Pel que fa a la garantia del subministrament, la qualitat de l'energia es refereix a un conjunt d'indicacions que reflecteixen les característiques de les fonts de subministrament en unes condicions típiques operatives de tensió i freqüència. Els dispositius basats en electrònica de potència connectats a les xarxes de distribució,  poden crear problemes, afectant a la qualitat de servei. A més, cada variació de l'1% de la tensió implica una diferència de l'1% en la utilització de l'energia. Com a resultat d'aquestes variables, els distribuïdors gestionen les seves xarxes per mantenir la tensió a les llars dins del rang establert que a Espanya és de +/- 7%.

Tot i que la qualitat de l'energia no és un concepte nou en els sistemes elèctrics, mereix una especial atenció a les xarxes actuals.

Un gran creixement de càrregues no lineals i càrregues monofàsiques pot afectar negativament a la qualitat de l'energia. Està havent un augment dels inversors basats en electrònica de potència connectats a la xarxa a causa de l'alta penetració dels Recursos Energètics Distribuïts (DER).

Els distribuïdors elèctrics estan connectant  cada cop més instal·lacions solars fotovoltaiques. Aquests inversors solars fotovoltaics continuaran funcionant en diverses situacions, inclòs moments de poca irradiació. Com a conseqüència d'aquestes circumstàncies, els inversors fotovoltaics poden injectar tensions/corrents harmònics, afectant la qualitat de l'energia al punt de connexió.

Els harmònics d'alt nivell provoquen pèrdues d'energia, redueixen la capacitat del sistema, deterioren els components de la xarxa i fan que els equips de protecció funcionin malament. 

El mecanisme de conversió més comú utilitzat en sistemes de xarxa és un "inversor" per alimentar la xarxa des de diverses fonts de corrent continu. Les fonts de Vcc que funcionen a diferents voltatges i nivells de potència a Vcc inclouen bateries, supercondensadors i matrius dels panells fotovoltaics.  A causa de la naturalesa intrínseca de l'inversor, aquest crea harmònics de la tensió i les corrents. Les raons per a la generació d'harmònics de tensió i corrent provocats pels inversors fotovoltaics són les que es mostren a continuació:

1.-  La modulació per ample de pols (PWM) han de funcionar a una freqüència de commutació relativament alta per operar transistors de tipus IGBT, provocant harmònics.

2.- Efectes de la impedància a Vcc: Quan s'utilitza una gran inductància per connectar-se al costat de Vcc de l'inversor per reduir el seu corrent. Aquest tipus de font harmònica es comporta com una font de corrent i s'anomena font de corrent harmònica. Per això, s'utilitza una capacitat per connectar-se al costat de Vcc de l'inversor per suavitzar aquesta tensió. Aquest tipus de font harmònica es comporta com una font de tensió i s'anomena font harmònica de tipus tensió. Per tant, l'inversor amb un inductor o condensador pot actuar com a font de corrent o font de tensió que conté  harmònics.

3.- Tensió d'enllaç DC: La naturalesa irregular i intermitent de la irradiació solar, és a dir, els canvis en la irradiància solar al llarg del dia, provoquen variacions  en la tensió a nivell de Vcc, produint així els harmònics al costat Vac de l'inversor.

L'estratègia per la mitigació de la qualitat de l'energia, és crucial per mantenir els límits de qualitat d'energia per sota del nivell estàndard segons IEC 61000-3-2.

Font: Ramon Gallart