Ciberseguridad en sistemas fotovoltaicos

Para nadie es un secreto que la energía solar está en evidencia en todo el mundo, pero de lo que no se habla mucho es de la ciberseguridad en estos sistemas.

¿Existe hoy una estandarización de los protocolos de seguridad en los sistemas de comunicación de inversores? ¿Cómo toman en cuenta las empresas fabricantes la seguridad detrás de sus equipos? ¿Existe un protocolo de comunicación seguro entre los inversores y la red?

La comunicación cifrada en los inversores es tan importante como en otras tecnologías del mercado, ya que la transición energética hacia las redes inteligentes es cada vez más importante.

Redes energéticas inteligentes – redes inteligentes – están las redes eléctricas totalmente integradas a través de tecnologías de comunicación.

Los inversores en sistemas fotovoltaicos también utilizan estas tecnologías, con la capacidad de controlar y monitorear sistemas fotovoltaicos de forma remota.

El riesgo de invasión, espionaje y sabotaje siempre ha existido en las redes de datos industriales y esto no puede dejar de ser una preocupación en las redes de comunicación de los sistemas fotovoltaicos.

La mayor preocupación en la seguridad de los datos de los inversores y de los sistemas de control en general es el riesgo de “apagones” provocados intencionadamente, que podrían provocar el cierre conjunto de un gran número de sistemas de generación distribuida o –lo que es aún más preocupante– de plantas solares centralizadas.

Aparentemente inofensivos, estos apagones pueden poner en riesgo la estabilidad de las redes eléctricas a medida que aumenta la participación de las fuentes fotovoltaicas en las matrices energéticas de muchos países.

Los mismos riesgos se aplican también a los sistemas eólicos, cuya participación ya es significativa en la generación eléctrica en muchas partes del planeta, incluido Brasil.

Quizás el principal motivo de preocupación sea el hecho de que los inversores fotovoltaicos, así como sus hubs de comunicación, registradores de datos y las plataformas de monitoreo se basan en la infraestructura global de comunicaciones de Internet.

Se trata de un hecho consumado y una tendencia cuya reversión sería difícil y costosa. Además, ¿por qué evitar el uso de Internet, una red con un alcance casi global en el planeta, especialmente ahora que empresas como Starlink están comenzando a operar servicios de Internet con alcance global?

Internet ofrece un excelente entorno de comunicación para el crecimiento de los sistemas fotovoltaicos hacia redes inteligentes.

El nivel de seguridad de los datos requerido por los inversores debe ser alto, lo que puede garantizarse gracias al esfuerzo de fabricantes, instaladores y operadores, haciendo que el cifrado de la red juegue un papel fundamental en este proceso.

En el contexto de redes inteligentes, Los inversores se pueden utilizar para funciones que van más allá de su misión original, que es la inyección de potencia activa a la red eléctrica.

Estas nuevas funciones incluyen la comunicación con los centros de control para regular la tensión de las redes de distribución, además de controlar el factor de potencia en las instalaciones, limitar la generación en situaciones especiales (como en redes de alta impedancia con exceso de generación) y la gestión de la generación y almacenamiento en redes híbridas (para realizar pico de afeitado, por ejemplo), entre otras cosas.

Riesgo cibernético en el sector energético: ¿ficción o realidad?

¿Se pueden utilizar inversores para sabotear la red eléctrica? ¿Sería esto una posibilidad real o simplemente un tema para complots de espionaje en los cines?

Las redes eléctricas siempre han estado sustentadas por sistemas de comunicación, pero nunca ha habido noticias de apagones provocados por ciberataques orquestados por naciones beligerantes o grupos terroristas. ¿Por qué deberíamos preocuparnos por esto ahora?

Los piratas informáticos o terroristas que controlan los inversores pueden sabotear los modos de control, perturbando la estabilidad de las redes eléctricas y potencialmente provocando apagones de forma deliberada o como consecuencia de la acción de los mecanismos de protección existentes en las redes eléctricas.

Los saboteadores también pueden causar simplemente, al cambiar las configuraciones de los inversores, pérdidas económicas que pueden tardar un tiempo en notarse.

La expansión del uso de la energía solar fotovoltaica y el aumento del número de inversores conectados a redes de datos pueden hacer que estas amenazas sean muy graves. Un pequeño número de inversores no podrían provocar perturbaciones catastróficas en una red de distribución eléctrica.

Sin embargo, una gran cantidad de inversores comandados simultáneamente para controlar el aumento de tensión en diferentes puntos de una red de distribución podría provocar el colapso del sistema eléctrico.

A nivel de distribución local, este tipo de ataque ya sería un gran problema. Si ampliamos el área de alcance de un ataque podemos llegar al nivel de subestaciones o sistemas de transmisión, provocando grandes catástrofes.

La discusión sobre si hechos como estos siguen siendo ficción o están cerca de convertirse en realidad es irrelevante. La seguridad de los datos en las redes eléctricas es algo de lo que debemos preocuparnos ahora, antes de que el riesgo se vuelva más real de lo que podríamos imaginar hoy.

En algunos casos, este riesgo ya es muy real. Aunque el suministro de energía no se vio comprometido, en junio de 2020 la empresa Light, distribuidora de electricidad en Río de Janeiro, fue víctima de un ciberataque que provocó el secuestro de datos administrativos y financieros y exigió un rescate de alrededor de R$ 37 millones. .

Recientemente en Brasil, otras grandes empresas como Honda y Natura también sufrieron ciberataques, incluidos problemas con interrupciones de producción.

A principios de 2019, en un hecho un tanto pintoresco, un grupo de senadores norteamericanos solicitaron la prohibición de los inversores del fabricante Huawei, al considerar que su presencia en el mercado estadounidense suponía una amenaza para la seguridad energética nacional.

El movimiento liderado por este grupo de senadores no presentó evidencia técnica, sino que utilizó como base una ley promulgada en ese país que prohibía a agencias y organismos estatales comprar productos de telecomunicaciones de Huawei y otras empresas chinas.

Las opiniones encontradas en el mercado indican que acciones políticas como estas, aunque puedan estar respaldadas por evidencia técnica (lo que no fue el caso en este episodio), no son muy efectivas.

Prohibir la entrada del mercado a una u otra empresa no elevará efectivamente los estándares de seguridad de ninguna red de comunicación o energía.

Aunque es uno de los mayores fabricantes de inversores del mundo, Huawei no es el único y su eventual prohibición del mercado en algún país crearía un vacío que inmediatamente sería llenado por otras empresas.

Investigación y soluciones comerciales para la seguridad de los sistemas fotovoltaicos.

La investigación sobre cifrado y seguridad de datos ya es una realidad en el segmento de las energías renovables. Desde 2016, la Universidad de Berkeley (EE.UU.) investiga soluciones para mitigar las ciberamenazas a los inversores fotovoltaicos.

Estas amenazas se vuelven más relevantes a medida que los inversores se vuelven más inteligentes y se comunican con las redes de datos.

Las posibles soluciones a los ciberataques del futuro incluyen el uso de inteligencia artificial en los inversores, que al darse cuenta de que están siendo manipulados (o están recibiendo órdenes extrañas) pueden realizar acciones de control de emergencia.

Estos algoritmos inteligentes no serían accesibles a los piratas informáticos y serían como un compartimento incomunicable de los sistemas de control interno de los inversores.

De este modo, los inversores se vuelven al menos parcialmente inmunes a los ataques y pueden tomar decisiones individuales en caso de problemas en las redes de comunicación.

Los fabricantes de inversores se encuentran en una encrucijada. Por un lado, el mercado los presiona para que abran sus algoritmos de control o proporcionen en los inversores funciones que puedan controlarse externamente mediante protocolos de comunicación estandarizados.

Por otro lado, ya sienten la presión de la necesidad de aumentar la seguridad de las comunicaciones con inversores en las redes inteligentes.

Empresas como Morningstar, SMA y Enphase apuestan por aumentar la seguridad de los datos en las redes a las que están conectados sus equipos.

El primero es un reconocido fabricante de equipos para sistemas. fuera de la red y se preocupa por la seguridad de los sistemas, ya que incluso los sistemas autónomos ya se conectan a las nubes en Internet y pueden ser monitoreados y controlados por aplicaciones en los teléfonos móviles.

La segunda empresa mencionada es un importante fabricante de inversores tipográficos. corbata, siendo reconocido como uno de los precursores de la tecnología inverter en el mundo.

El fabricante utiliza un sistema llamado conexión web, que ofrece comunicación cifrada entre dispositivos y su portal de monitoreo Portal soleado.

Esta comunicación ha sido probada y demostrada su eficacia gracias a su sistema de comunicación SEC – Comunicación cifrada Speedwire (Comunicación cifrada cable rápido).

Enphase, fabricante de microinversores, siempre ha tratado sus productos como unidades IoT (Internet de las cosas), es decir, equipos que en su raíz ya están conectados a una red de comunicación con fines de seguimiento y control.

En productos de este tipo, la seguridad de los datos desde el inicio del desarrollo siempre ha sido una preocupación. La empresa cuenta con ingenieros de software especializados en arquitecturas de seguridad, que investigan y desarrollan mejoras constantes para reducir el riesgo de ciberataques a los productos.

Los microinversores de Enphase emplean funciones de cifrado y funciones de bloqueo de intrusiones, además de tener capacidades integradas de actualización de software cifradas.

Como si todo esto fuera poco, la empresa emplea cifrado de extremo a extremo en toda la información intercambiada entre sus microinversores y la plataforma de monitoreo en la nube.

Además de los mencionados, otros fabricantes globales de inversores forman parte del grupo de trabajo Sunspec/Sandia, cuyo objetivo es apoyar el desarrollo de recursos para la generación distribuida de energía y definir mejores prácticas en ciberseguridad, además de definir conceptos que integrarán los estándares. Estándares internacionales para la seguridad de datos en redes eléctricas.

Uno de los resultados del grupo de trabajo es el informe de 67 páginas titulado “Hoja de ruta para la ciberseguridad fotovoltaica”, publicado en 2017.

Directrices para una comunicación segura en el sistema fotovoltaico

La mayoría de las actividades operativas, como la supervisión y el control de los sistemas fotovoltaicos, pueden ser realizadas localmente por el operador del sistema sin necesidad de comunicación de datos.

Sin embargo, las actividades de control y comunicación del inversor requieren una conexión a una red de comunicación remota.

Los sistemas fotovoltaicos generalmente emplean sistemas de comunicación globales que se basan en infraestructuras de Internet existentes.

La comunicación de datos a través de Internet es económicamente viable y fácil de usar, ya que facilita el acceso al monitoreo a cualquier persona con acceso a Internet.

Se puede acceder al monitoreo en plataformas como Portal soleado (de SMA), aplicaciones en teléfonos inteligentes o interfaces de servicios públicos para servicios de gestión de redes.

Cuando se utiliza la infraestructura de Internet, los sistemas ingresan a un área no segura. Los atacantes potenciales buscan constantemente sistemas vulnerables.

Para proteger eficazmente los sistemas fotovoltaicos contra ataques no deseados, la red local debe mantenerse lo más segura posible.

Cuando un sistema fotovoltaico o sistema similar está conectado a Internet, el operador del sistema tiene las siguientes responsabilidades:

• conocimiento de todos los dispositivos activos en la red local;
• conocimiento de los requisitos y capacidades de comunicación de todos los dispositivos;
• conocimiento de posibles vulnerabilidades de todos los dispositivos;
• conocimiento de todas las cuentas que acceden al sistema;
• uso de contraseñas seguras;
• instalación y configuración de todas las medidas de seguridad relacionadas con la ciberseguridad (router, cortafuegos, apoderado);
• análisis de riesgos y mejoras continuas en las medidas de seguridad.

Los sistemas conectados a Internet no son completamente seguros ya que pueden usarse para obtener acceso a la red del cliente. Esto puede provocar ataques a casi todos los dispositivos de la red.

Los riesgos de estos ataques implican el espionaje de nombres de usuario, contraseñas y otros datos confidenciales, así como el acceso y control de todos los dispositivos conectados a la red.

Conclusión

Los ciberataques llevados a cabo por hackers o grupos terroristas, aunque actualmente puedan considerarse ficticios, podrían convertirse en serias amenazas con la expansión del uso de fuentes renovables como la solar y la eólica y la transformación (ya en marcha) de las redes eléctricas en el dirección de redes inteligentes.

Los inversores inteligentes y comunicables estarán cada vez más presentes en los sistemas fotovoltaicos, tanto en el segmento de generación distribuida como centralizada.

La preocupación por la seguridad y el cifrado de los datos es una realidad del presente y no una proyección para el futuro.

Los centros de investigación y las empresas ya están preocupados por este problema y los fabricantes de inversores ya ofrecen soluciones comerciales con cifrado de datos.

Una planta fotovoltaica necesita seguir correctamente todas las pautas de seguridad proporcionadas por los fabricantes de inversores, registradores de datos y portales de seguimiento y control.

El cifrado de datos es necesario en las comunicaciones entre los componentes de un sistema fotovoltaico, principalmente entre inversores y plataformas de datos.

Los nuevos estándares de seguridad serán cada vez más importantes en los sistemas a medida que las redes eléctricas se vuelvan más inteligentes y hagan un mayor uso de la infraestructura global de Internet, lo que requiere altos estándares de seguridad para garantizar un funcionamiento confiable e inmunidad a los ataques cibernéticos.

Referencias

• Seguridad Cibernética Pública, whitepaper producido por SMA
• Nuevas reglas de contraseña SMA, whitepaper producido por SMA
• Declaración de SMA technology AG: sobre la ciberseguridad de los inversores fotovoltaicos (escenario Horus), whitepaper producido por SMA
• Comunicación cifrada (SEC) SMA Speedwire, whitepaper producido por SMA
• Jay Johnson, SANDIA REPORTSAND2017-13262, Hoja de ruta para la ciberseguridad fotovoltaica, 2017
• Grupo de trabajo de ciberseguridad Sunspec Alliance/Sandia DER, https://sunspec.org/cybersecurity-work-group/
• Kelsey Misbrener, “Los ciberataques amenazan a los inversores inteligentes, pero los científicos tienen soluciones”, Solar Power Word, 2019