Canalizar la energía fotovoltaica de los tejados hacia el calentamiento del agua, un superahorro residencial

De pv magazine Australia

El autoconsumo de la electricidad generada por la energía solar en los tejados es la apuesta eléctrica más barata de Australia, sin tener en cuenta que absorber la energía solar in situ ayuda a las redes eléctricas a gestionar la tensión de la red y la calidad de la energía en los momentos de máxima generación solar.

Aunque las baterías son la respuesta lógica para guardar la energía solar de la hora del almuerzo para más tarde, siguen siendo demasiado caras para la mayoría de los propietarios de viviendas. Un nuevo estudio dirigido por el Dr. Baran Yildiz, de la Escuela de Ingeniería Fotovoltaica y de Energías Renovables (SPREE) de la Universidad de Nueva Gales del Sur, demuestra que almacenar el exceso de energía solar de la hora del almuerzo en una batería térmica gigante -un depósito de agua caliente eléctrica- que ya se encuentra en más del 50% de los hogares australianos puede ahorrarles 100 dólares más al año en sus facturas de electricidad con una inversión inicial mínima. Y los propietarios de las viviendas pueden seguir disponiendo del 20-30% de su exceso de energía solar.

«Los tanques de almacenamiento de agua caliente pueden almacenar más energía que un Tesla Powerwall, en forma térmica», dice Yildiz a pv magazine Australia. Y aunque esa energía no es recuperable como electricidad, sirve para una necesidad residencial incesante: el calentamiento del agua suele suponer alrededor del 25% de la demanda de electricidad de un hogar.

Para el estudio, Yildiz y el equipo de Collaboration on Energy and Environmental Markets (CEEM) desarrollaron una herramienta de control inteligente del calentamiento del agua (IWHC) en colaboración con Solar Analytics, que canaliza el exceso de generación de los tejados hacia el calentador de agua doméstico. El IWHC toma sus decisiones basándose en las características de la generación fotovoltaica de un hogar, en los patrones de consumo eléctrico y de uso de agua caliente, y en la monitorización energética en tiempo real.

El IWHC -una complejidad de algoritmos en una pieza sencilla de hardware- se enfrentó a dos herramientas disponibles en el mercado: la conmutación por temporizador del exceso de energía solar para calentar el agua, y una tecnología de desvío más sofisticada, que hasta ahora no ha sido ampliamente adoptada.

Cada una de las tres tecnologías se instaló y probó en una decena de hogares, y los datos resultantes se validaron e integraron en modelos de simulación que se aplicaron a un conjunto más amplio de datos sobre electricidad de 380 hogares australianos de las zonas de Brisbane, Sydney y Adelaida.

Resultados calientes y contundentes

Aunque la tecnología del desviador resultó ser la mejor en términos de ahorro, con una media de 170 dólares al año, su mayor coste inicial significa que el IWHC, más barato y con un ahorro medio de 100 dólares, es una solución más rentable. El temporizador supuso un ahorro medio anual de 80 dólares.

Los resultados indican que «por término medio, los hogares pueden utilizar 2,4 kWh, 1,8 kWh y 3,4 kWh del exceso de generación fotovoltaica distribuida diaria para calentar el agua, utilizando el IWHC, el temporizador y el desviador, respectivamente», dice el artículo de Yildiz (Evaluación de las herramientas de control para utilizar el exceso de generación fotovoltaica distribuida en los sistemas de calentamiento de agua eléctricos domésticos), publicado en la edición del 15 de octubre de la revista Applied Energy.

Los resultados fueron sorprendentes para Yildiz en varios frentes. En primer lugar, dice que la investigación demostró que «podemos suministrar el 48%, casi la mitad, de las necesidades diarias de energía para calentar el agua utilizando el exceso de generación solar y proporcionando al mismo tiempo el 100% de confort al cliente». Es decir, siempre tendrá una buena ducha caliente.

Luego, dice que el hecho de que todavía haya un exceso solar residual -entre el 20% y el 30%- abre las posibilidades de seguir desplegando esta fuente de energía más barata para otras tareas domésticas, como «precalentar o preenfriar la casa, o para cargar vehículos eléctricos…» o para el uso puntual de una bomba eléctrica o un calentador de piscina.

Resaca de políticas pasadas

El profesor Alistair Sproul, director de la escuela SPREE, subraya las ventajas de utilizar el exceso de energía solar para mantener el agua caliente en comparación con la idea, ya anticuada, de calentar el agua con energía fuera de las horas punta, es decir, por la noche, cuando la demanda solía ser más baja.

Las tarifas de electricidad fuera de horas punta (con descuentos entre las 10 de la noche y las 7 de la mañana) se introdujeron «cuando Nueva Gales del Sur tenía una gran cantidad de electricidad generada con carbón y quería mantenerla en funcionamiento; no se quiere reducir demasiado estas cosas durante la noche», dijo Sproul a pv magazine Australia.

Las tarifas eléctricas fuera de horas punta, explica, se introdujeron para dejar fuera de juego a la calefacción por gas: «Se diseñaron deliberadamente para canibalizar la industria del gas, de modo que la industria eléctrica pudiera prosperar».

A pesar de que la demanda suele verse superada en las horas centrales del día por la abundancia de generación fotovoltaica, y de que los precios de la electricidad al por mayor pueden llegar a ser negativos, los distribuidores de electricidad siguen apoyando la demanda nocturna ofreciendo tarifas «fuera de horas punta».

Según Sproul, «la tarifa de electricidad fuera de horas punta en Nueva Gales del Sur es probablemente de 12 a 14 céntimos por kilovatio hora entre las 10 de la noche y las 7 de la mañana, pero ¿cuál es el coste del ciclo de vida de la energía fotovoltaica en el tejado?

Calcula que la energía fotovoltaica en el tejado, instalada incluso a 2.000 dólares por kilovatio (que está en el extremo superior de la gama) «supone unos siete u ocho céntimos por kilovatio hora, para el consumidor que la utiliza».

Mantenga su fotovoltaica donde pueda ver los beneficios

«El artículo de Baran demuestra que si se puede evitar comprar electricidad a la red, incluso a 12 céntimos el kilovatio hora fuera de las horas punta, utilizando el excedente fotovoltaico en las horas centrales del día para calentar el agua, se puede ahorrar», concluye Sproul.

El autoconsumo de energía solar en el tejado también tiene ventajas medioambientales, ya que la electricidad generada se utiliza inmediatamente en el lugar, en lugar de exportarse a la red para su uso en otro lugar; es decir, cualquier transmisión de electrones produce pérdidas a lo largo de la línea, mermando la generosidad original de la energía renovable.

Yildiz afirma que los resultados del estudio de SPREE sobre el agua caliente como fuente de energía solar ya han servido de base a los planes de la Comisión Australiana del Mercado de la Energía para integrar mejor los sistemas de almacenamiento de energía en el mercado nacional de la electricidad, y que los proveedores de servicios de redes de distribución de energía, como AusGrid, Energy Queensland y Endeavour Energy, están muy interesados en aplicar la tecnología IWHC, que probablemente se ampliará en un futuro próximo.

«Con este documento», dice Yildiz, «queríamos demostrar que está bien invertir en baterías, pero que ya tenemos calentadores de agua: ¿por qué no aplicamos primero esta fruta fácil y fácil de conseguir?».

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