Diciembre 02, 2019
Los sistemas de respaldo de baterías junto con la energía solar están siendo aclamados como la mejor solución para los cortes de energía de seguridad pública en California – por no hablar de nuestra arcaica red eléctrica.
Estos sistemas no solo son ideales para suministrar energía a un hogar cuando se va la luz, sino que también ayudan a reducir los costes de la electricidad y proporcionan servicios de apoyo a la red cuando los necesita la compañía eléctrica local. Por razones de emisiones y costes, los generadores convencionales de gas o diésel no son una opción.
Así que no es de extrañar que la demanda de estos sistemas esté superando la oferta de equipos, así como la disponibilidad de mano de obra cualificada para su instalación.
Límites de las baterías de respaldo para todo el hogar
Pero esto tiene una trampa. Nos gusta creer en el mito de la copia de seguridad de toda la casa o en la idea de que nuestro estilo de vida del siglo XXI continuará sin problemas a pesar de los incendios. La realidad es diferente: los sistemas típicos de baterías de respaldo funcionan mejor cuando se diseñan para racionar la capacidad de las baterías y minimizar el uso de los principales aparatos.
Los mitos suelen tener su origen en la realidad: los sistemas de baterías para toda la casa sí funcionan para aplicaciones fuera de la red. Se calcula que hay unas 180.000 viviendas de este tipo en EE.UU.
Pero estas viviendas fueron diseñadas para vivir sin conexión a la red: suelen ser más pequeñas y estar bien aisladas; utilizan calefacción de combustión con respaldo de propano; incorporan sistemas térmicos solares activos y pasivos; y no tienen sistemas de aire acondicionado que consuman mucha energía, cargadores de vehículos eléctricos de nivel 2 o piscinas.
Hay dos límites fundamentales de ingeniería que hacen que no sea práctico hacer funcionar una casa entera sólo con baterías. En primer lugar, la capacidad energética de los sistemas típicos de baterías de iones de litio es insuficiente para alimentar toda una casa durante un apagón nocturno. En segundo lugar, los inversores de respaldo de baterías no son lo suficientemente potentes como para arrancar y hacer funcionar muchos electrodomésticos grandes.
Por supuesto, varias baterías e inversores pueden solucionar estas limitaciones de energía y potencia. Pero el coste de más de 20 kilovatios de inversores y más de 40 kilovatios-hora de baterías es prohibitivo para el propietario típico de una vivienda.
Un enfoque más práctico es diseñar un sistema de respaldo de baterías para alimentar sólo las cargas críticas: nada de grandes electrodomésticos como el aire acondicionado, cargadores de vehículos eléctricos de 240 voltios o estufas eléctricas. En su lugar, sólo entre cuatro y ocho circuitos más pequeños en la casa para la refrigeración, la iluminación, el entretenimiento, las comunicaciones y las tomas de corriente.
Nuestro actual parque de viviendas consume mucha electricidad y, debido a la plétora de dispositivos conectados, las casas más nuevas suelen consumir aún más.
Los electrodomésticos que consumen mucha energía son los más complicados para los sistemas de respaldo de toda la casa. El consumo de energía de un gran acondicionador de aire central es de 5.000 vatios, un cargador de vehículos eléctricos es de 7.000 vatios, una estufa eléctrica es de 10.000 vatios y las bombas de la piscina son de 2.200 vatios.
Límites de energía de la batería
Entonces, ¿cuánto tiempo funciona un sistema típico de energía solar y batería por la noche mientras funcionan estos aparatos más grandes? Respuesta: no mucho tiempo.
Las matemáticas son sencillas. Si la batería se reduce a una capacidad energética de 2,5 kilovatios-hora por la noche (típico si la batería se utiliza durante la noche para maximizar el ahorro de autoconsumo), sólo hay suficiente energía de la batería para hacer funcionar las bombas de la piscina durante 60 minutos, un aire acondicionado central durante 30 minutos, un cargador de vehículos eléctricos durante 20 minutos o una estufa eléctrica durante 15 minutos.
Con cualquiera de estos electrodomésticos en funcionamiento -después de sólo un intervalo relativamente breve de respaldo automático de toda la casa- la batería pronto se agotará y no podrá alimentar las cargas críticas. En términos líricos: Sin luz. Sin teléfono. Sin coche eléctrico. Ni un solo lujo. Como Robinson Crusoe, tan primitivo como puede ser.
Una posible solución es apagar manualmente las grandes cargas de aparatos durante un apagón. Por desgracia, muchos apagones se producen durante el día, cuando no hay nadie en casa, o por la noche, cuando la gente duerme. Los clientes que han intentado desconectar manualmente las cargas suelen acabar decepcionados con su sistema de respaldo.
Otra solución (si el presupuesto y el espacio en la pared de un propietario lo permiten) es añadir una segunda batería de almacenamiento – duplicando efectivamente la duración del almacenamiento de energía.
En los últimos meses, hemos trabajado con clientes que han tenido una serie de experiencias buenas y malas con las baterías de respaldo. Durante el primer apagón en nuestra zona, que ocurrió alrededor de las 10:30 p.m., un cliente que utiliza una máquina de presión positiva continua en las vías respiratorias (CPAP) agotó su batería de almacenamiento alrededor de las 2 a.m. (comenzó a roncar y su esposa le dijo que durmiera en el sofá). Otro cliente utilizaba el sistema de reserva para alimentar uno de los subpaneles de su casa, y no se dio cuenta de que había un fallo eléctrico hasta que la batería se agotó.
La solución para ambos clientes fue eliminar algunos circuitos discrecionales de sus subpaneles de reserva para que la batería durara toda la noche.
Los límites de potencia del inversor
La potencia máxima del inversor de la batería (en kilovatios) es la segunda razón del mito de la copia de seguridad de toda la casa.
La mayoría de los inversores de copia de seguridad de la batería se diseñaron para servicios eléctricos domésticos de 200 amperios, lo que implica una salida máxima de CA de 7.600 vatios cuando están conectados a la red. Cuando se alimentan de la batería (que tiene una tasa de descarga de pico limitada), estos inversores pueden proporcionar normalmente 5.000 vatios de potencia de estado estable o 6.000 vatios de potencia de pico (unos 25 amperios).
Sin embargo, los requisitos de corriente de arranque momentáneo de un motor de CA o de una bomba son a menudo dos o tres veces el consumo de corriente normal, lo que significa que el inversor simplemente no cambiará al modo de respaldo. Incluso si la batería está completamente cargada en un día soleado, la CA y la bomba de la piscina no se pondrán en marcha, y ninguna de las cargas críticas recibirá energía.
Diseño de sistemas de respaldo de baterías acopladas a la energía solar
Independientemente de estas limitaciones energéticas, energéticas y financieras, un sistema solar y de respaldo bien diseñado puede proporcionar energía casi indefinidamente. Tres elementos de diseño son fundamentales.
En primer lugar, la capacidad energética de la batería (kilovatios-hora) y la potencia del inversor (kilovatios) deben ajustarse a las necesidades de la vivienda por la noche, cuando la batería está parcialmente descargada. En segundo lugar, el número de circuitos de reserva debe limitarse estrictamente para evitar que se alimenten demasiados aparatos pequeños o grandes. En tercer lugar, el tamaño del sistema solar debe ser suficiente para recargar parcialmente la batería incluso en un día nublado de invierno.
Las próximas tecnologías de sistemas eléctricos domésticos inteligentes abordarán estas limitaciones prácticas mediante la desconexión automática de las cargas durante un apagón. En la feria Solar Power International 2019, las empresas expusieron controles de electrodomésticos inteligentes y disyuntores que podrían desactivar automáticamente los grandes aparatos. También se exhibió tecnología de paneles eléctricos inteligentes que podían gestionar automáticamente todos los circuitos de una casa.
Para finales de 2019, habrá más de 10.000 hogares y empresas en California equipados con sistemas combinados de energía solar y baterías de respaldo. A medida que estos sistemas se abaraten (tanto por la reducción del coste de los equipos como por los incentivos), se convertirán en la forma más expeditiva y eficaz para que la gente se adapte a la nueva normalidad de los cortes de energía de seguridad pública.
Sin mencionar la forma más limpia, segura y económica de reconstruir nuestra arcaica red eléctrica.
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Barry Cinnamon es director general de Cinnamon Energy Systems de California.