Investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio en Japón han creado un nuevo modelo matemático que simplifica la determinación del tamaño óptimo de los paneles solares y las baterías en los hogares, promoviendo así las viviendas de consumo energético casi nulo (ECCN).
Encontrar la solución fotovoltaica óptima para muchas viviendas se convierte en una tarea compleja si se tienen en cuenta factores inciertos como las variaciones en la radiación solar, los patrones de consumo de energía y la posibilidad de compartir energía entre hogares. En este contexto, el equipo de investigación del Instituto de Tecnología de Tokio ha colaborado con la Universidad de Waseda y la Universidad de Toyama para idear una forma nueva y eficiente de resolver este problema de optimización, que ha sido publicada en IEEE Access.
El enfoque propuesto tenía como objetivo fomentar viviendas de consumo energético casi nulo. En primer lugar, los investigadores formularon el problema de optimización como un sistema de ecuaciones matemáticas y desigualdades que, al ser resueltas, proporcionan el tamaño óptimo de los paneles fotovoltaicos y las baterías en términos de coste y neutralidad de carbono. Consideraron casos en los que cada hogar tiene que producir su propia energía, así como casos en los que se permite compartir la energía entre hogares.
El principal desafío fue el hecho de que estos problemas de optimización complejos suelen ser no convexos, es decir, debido a la naturaleza del problema, los algoritmos pueden llegar a una solución subóptima. Para abordar este problema, los investigadores aplicaron una serie de transformaciones para convertir el problema original en un problema de programación lineal, que resulta más fácil de manejar.
Despliegue de sistemas de energía renovable en barrios residenciales
Para validar su enfoque, el equipo de expertos aplicó el marco propuesto a un barrio de Japón, para el que se disponía de datos de consumo y generación de energía solar para 134 hogares. Así, lograron demostrar que alcanzar la categoría de viviendas de consumo energético casi nulo no eleva significativamente los costes.
Por su parte, las soluciones disponibles comercialmente no pudieron resolver el problema de optimización original debido a su gran complejidad. Al considerar aproximadamente dos meses de datos, el problema original se vuelve computacionalmente complejo, y los soluciones comerciales tardan hasta 14 horas en resolverlo, mientras que se puede resolver en menos de diez segundos utilizando las transformaciones de programación lineal aplicadas por los investigadores.
Los resultados de este estudio podrían contribuir significativamente a la adopción y el despliegue de sistemas de energía renovable en barrios residenciales, al permitir determinar el tamaño adecuado de los paneles solares y las baterías para cada tipo de vivienda.