La idea no es nueva, pero su implementación en Alemania sigue siendo un problema hasta la fecha: a menudo se instalan sistemas fotovoltaicos a lo largo de las vías férreas, pero no se alimenta directamente la red ferroviaria con energía solar. Sin embargo, el proyecto de investigación «PVRail», financiado por el Ministerio Federal de Economía, pretende allanar el camino en esta dirección.
El Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar ISE ha realizado primero un análisis de potencial. Aunque hasta ahora no hay aplicaciones reales en Alemania, el resultado es claro. «Sin embargo, una parte relevante de la demanda energética de la red eléctrica ferroviaria podría cubrirse con energía fotovoltaica, ya que el potencial de superficie fotovoltaica a lo largo de las vías férreas es mucho mayor que la cantidad de energía que se necesita en la red eléctrica ferroviaria», explica Andreas Hensel, director del proyecto «PV4Rail» en el Fraunhofer ISE.
En concreto, los científicos de Friburgo han calculado que, incluso si solo se incluyen las superficies en un radio de dos kilómetros alrededor de una subestación eléctrica ferroviaria, la potencia nominal fotovoltaica instalable posible es de 37,6 GW y la producción eléctrica posible es de 32 920 GWh de energía solar al año. Según los investigadores, la demanda de electricidad para el transporte de trenes en 2023 fue de unos 7500 GWh. El potencial teórico sería aún mayor, dada la superficie disponible y los casi 8000 kilómetros de red eléctrica que opera la Deutsche Bahn.
Aunque ya se han llevado a cabo los primeros proyectos piloto en Alemania, estos fracasan debido a las condiciones marco y a los inversores. La red ferroviaria no funciona con una frecuencia de 50 hercios, como la red pública, sino con una frecuencia monofásica de 16,7 hercios. El fabricante Vensys Elektrotechnik GmbH, que participa en el proyecto, ha desarrollado ahora un inversor central con una potencia de dos megavatios, que se divide en dos partes simétricas de un megavatio cada una. En el laboratorio del Fraunhofer ISE se ha probado una de las partes de potencia. Los investigadores han medido una eficiencia del 96,6 %.
Como parte del proyecto «PV4Rail», el Fraunhofer ISE también ha desarrollado regulaciones para el funcionamiento de los convertidores en la red ferroviaria. Para la conexión a la red, se consideraron diferentes posibilidades, dependiendo del tamaño de la instalación. Así, las instalaciones fotovoltaicas más pequeñas, de hasta 5 MW de potencia, podrían alimentar directamente la catenaria. En el caso de potencias de hasta 12 MW, la alimentación debería realizarse en subestaciones a través de la barra colectora. Esta variante presenta las menores diferencias con respecto a las instalaciones de 50 Hz en cuanto a los costes de generación de electricidad. Según los cálculos del Fraunhofer ISE, para las grandes instalaciones de hasta 40 MW, por lo general, es necesario construir una subestación propia con transformador y aparatos de conexión para la alimentación de la red ferroviaria de 110 kV.
Austria ya cuenta con varias instalaciones conectadas a la red
Austria muestra cómo se puede hacer. En el país vecino ya se han instalado varias plantas fotovoltaicas con una potencia superior a 10 MW, cuya energía solar se alimenta directamente a la red ferroviaria. Sin embargo, según los investigadores, las condiciones de conexión de los ferrocarriles austriacos ÖBB y los ferrocarriles alemanes Deutsche Bahn son diferentes. Debido a los requisitos para el funcionamiento de la red eléctrica ferroviaria y a la compatibilidad de los inversores con la tecnología de control y seguridad, en Alemania solo se pueden utilizar inversores de tensión, según los investigadores de Friburgo. El comportamiento de tensión ya se ha probado en el proyecto «PV4Rail» en el entorno de simulación. Podría implementarse en un proyecto posterior.
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