Направление деятельности Группы фотоэлектрических систем (GSF) Института солнечной энергии (IES) Политехнического университета Мадрида (UPM) в области фотоэлектрической электрификации сельских районов отмечено стремлением к созданию высококачественных солнечных систем. Этот принцип особенно актуален при рассмотрении применений в децентрализованных районах, где дефицит инфраструктуры, изоляция и затрудненная доступность, в сочетании с низкой плотностью населения и ограниченными экономическими ресурсами, делают невозможным обеспечение эксплуатации и технического обслуживания, необходимых для гарантирования разумного срока службы этих систем. На протяжении четырех десятилетий IES является пионером в разработке стандартов и протоколов контроля качества для многочисленных программ электрификации сельских районов, реализуемых как в Латинской Америке, так и в Африке.
С 2010 года исследования GSF в области электрификации сельских районов сосредоточены на двух стратегических областях: качество в крупномасштабных децентрализованных программах электрификации сельских районов и надежность фотоэлектрических насосных систем.

Крупномасштабные децентрализованные программы электрификации сельских районов:
Что касается качества крупномасштабных децентрализованных программ электрификации сельских районов, исследования, проведенные Группой фотоэлектрических систем (GSF), выявили уязвимость этих программ, реализованных во всем мире до первого десятилетия XXI века. Эта уязвимость обусловлена ​​высокими эксплуатационными и техническими затратами, что приводит к серьезным ситуациям неплатежеспособности участвующих компаний.
К присущим децентрализации трудностям добавляется тот факт, что, как правило, при реализации программы такого рода отправной точкой является недостаток знаний о фактических данных о надежности компонентов системы (контроллеров заряда, инверторов, осветительных приборов и, прежде всего, батарей). Понимание частоты отказов оборудования, среднего времени до отказа и срока службы в децентрализованных средах должно стать основополагающим инструментом для проектирования эффективных и экономически выгодных структур технического обслуживания.
Результаты исследования Глобальной программы электрификации сельских районов Марокко (2005-2010 гг.), включавшей более 13 000 солнечных электростанций в жилых домах, показали, что средний срок службы батарей составлял менее года, а программа недооценила эксплуатационные и технические расходы на 20% (что потребовало гораздо более масштабной структуры технического обслуживания, чем предполагалось), в результате чего победивший участник тендера отказался от проекта.

Используя математические модели оптимизации, можно разработать структуры технического обслуживания, способные обеспечить срок службы систем. Эти инструменты моделирования помогают определить, среди прочего, местоположение центров технического обслуживания на основе географического распределения систем и точек доступа к ним, необходимое количество техников и транспортных средств, а также прогнозы потребности в запасных частях в соответствии с данными о надежности устройств. «В GSF мы разработали инструмент, способный проектировать структуры технического обслуживания, и применили его к марокканской программе, оптимизировав эти структуры до такой степени, что смогли снизить рентабельность программы на 20% в некоторых областях», — говорит Луис Мигель Карраско, руководитель направления исследований в области солнечной электрификации сельских районов в группе фотоэлектрических систем (GSF).
Последнее десятилетие ознаменовалось сдвигом парадигмы, отказом от традиционных моделей солнечной электрификации сельских районов, таких как оплата за услуги, и переходом к двум новым моделям. Одна из них предполагает прямую продажу бытовых солнечных систем и так называемых пикосистем (небольшие, компактные, готовые к использованию системы мощностью менее 10 Вт с светодиодными светильниками и USB-зарядными устройствами для мобильных телефонов). Другая модель заключается в создании мини-сетей в достаточно густонаселенных районах с соглашениями о покупке электроэнергии (PPA) для продажи энергии потребителям.
В рамках этой новой стратегии GSF участвует в разработке нового стандарта для бытовых солнечных систем в Западной Африке совместно с Центром возобновляемой энергии и энергоэффективности ЭКОВАС (ECREEE). Цель состоит в том, чтобы гарантировать сертификацию систем, представленных на рынке, для обеспечения их качества. «В ходе предыдущей работы, и в соответствии с данным исследованием, IES уже опубликовал технические характеристики и процедуры контроля качества светодиодных светильников для бытовых фотоэлектрических систем в преддверии их широкомасштабного применения», — поясняет Луис Нарварте, руководитель исследовательской группы по фотоэлектрическим системам (GSF).

Надежность фотоэлектрических насосных систем
. В 2013 году Группа фотоэлектрических систем (GSF) запустила новое направление исследований, сфокусированное на мощных фотоэлектрических насосных системах для сельскохозяйственного применения. Эти исследования были реализованы в рамках проекта MASLOWATEN, финансируемого программой Европейской комиссии «Горизонт 2020» (H2020). В рамках этого проекта удалось успешно увеличить выходную мощность фотоэлектрических ирригационных систем для удовлетворения потребностей ирригаторов, решить проблемы, связанные с перебоями в подаче электроэнергии, без использования батарей, и интегрировать солнечную систему в существующую ирригационную систему с помощью инновационных конструкций, тем самым максимально используя фотоэлектрическую энергию.
До этого в Марокко был проведен пилотный проект, финансируемый Политехническим университетом Мадрида (UPM) и Испанским агентством международного развития (AECID). Этот проект включал децентрализованную фотоэлектрическую ирригационную систему, для которой были разработаны необходимые алгоритмы управления, обеспечивающие этот технологический прорыв. Фотоэлектрический генератор питался от автономного трекера с горизонтальной осью слежения «Север-Юг». Этот проект сыграл ключевую роль в развитии технологии фотоэлектрического орошения и ее последующем выходе на рынок благодаря MASLOWATEN.
После того, как технология мощных фотоэлектрических систем орошения была окончательно сформирована, в 2020 году GSF координировал проект SOLAQUA, также являющийся частью программы H2020, целью которого является расширение рынка солнечного орошения путем сочетания фотоэлектрических и гидравлических технологий с высокоэффективным орошением.

Параллельно с этими европейскими проектами GSF открывает новое направление работы, направленное на интеграцию мощных фотоэлектрических систем орошения в децентрализованные системы путем разработки высоконадежных систем орошения, минимизации отказов и обеспечения дистанционного управления системой. С этой целью решаются несколько ключевых задач: разработка фотоэлектрических генераторов, адаптированных для сельскохозяйственного орошения (с использованием двусторонних солнечных модулей на стационарных конструкциях, генерирующих постоянный уровень мощности); разработка универсальных систем управления (способных работать с различными моделями и марками частотных преобразователей) и использование надежных и экономичных систем дистанционного управления.
«Благодаря этим усовершенствованиям мы стремимся повысить надежность систем, предназначенных для сельскохозяйственного орошения в децентрализованных сельских районах, с целью внедрения этой технологии на рынках развивающихся стран», — заключают исследователи.

Л.М. Карраско, Л. Нарварте, Э. Лоренцо, Эксплуатационные расходы программы электрификации сельских районов с использованием 13 000 солнечных домашних систем, Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Том 20, 2013, Страницы 1-7, ISSN 1364-0321.
Альфонсо
Гаго Кальдерон, Луис Нарварте Фернандес, Луис Мигель Карраско Морено, Хавьер Серон Барба, Технические характеристики светодиодных ламп и процедура тестирования для солнечных домашних систем, Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Том 41, 2015, Страницы 506-520. ISSN 1364-0321
Л.М. Карраско, Ф.Дж. Мартин-Кампо, Л. Нарварте, М.Т. Ортуньо, Б. Виториано, Проектирование сооружений для технического обслуживания при электрификации сельских районов с использованием солнечных домашних систем. Пример марокканской программы, Energy, Том 117, Часть 1, 2016, Страницы 47-57, ISSN 0360-5442
Л. Нарварте, Дж. Фернандес-Рамос, Ф. Мартинес-Морено, Л.М. Карраско, Р.Х. Алмейда, И.Б. Каррело, Решения по адаптации фотоэлектрических систем к крупным системам орошения с высокой мощностью для сельского хозяйства, Sustainable Energy Technologies and Assessments, Том 29, 2018, Страницы 119-130, ISSN 2213-1388
К. Лоренцо, Р.Х. Алмейда, М. Мартинес-Нуньес, Л. Нарварте, Л.М. Карраско, Экономическая оценка крупных фотоэлектрических систем орошения в регионе ЭКОВАС, Energy, Том. 155, 2018, Страницы 992-1003, ISSN 0360-5442