La energía en el hogar: la revolución de la independencia energética renovable

Autor: Mark Patrick, director de Contenido Técnico, EMEA, Mouser Electronics

Las redes eléctricas centralizadas tradicionales han sido durante mucho tiempo el pilar de la distribución de energía eléctrica, y han servido para llevar la electricidad a millones de hogares. Sin embargo, el uso de estas redes también ha aportado ineficiencias importantes, como las pérdidas de energía en distancias largas, la posibilidad de que los fallos afecten a todo el sistema y la dificultad de integrar fuentes de energías renovables. Puesto que la demanda de soluciones energéticas cada vez más limpias y fiables no para de crecer, la generación de energía eléctrica descentralizada parece una alternativa viable.

Gracias a los avances en tecnologías energéticas renovables, los propietarios de viviendas han pasado a controlar su propia producción de energía, lo que ha contribuido a la descentralización de las redes eléctricas tradicionales. Según las previsiones, las instalaciones solares en los hogares se habrán multiplicado por dos en todo el mundo para 2030, así que es evidente que la tendencia hacia la independencia energética se verá reforzada.

En este artículo, vamos a hablar de las tecnologías más importantes para estas microrredes domésticas, como los inversores inteligentes, los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) y las soluciones para la monitorización de la energía. También veremos algunas soluciones de hardware que contribuyen a mejorar la seguridad, la eficiencia y la interoperabilidad con las infraestructuras de red existentes.

Los problemas de las redes centralizadas tradicionales

Durante décadas, la distribución de electricidad funcionaba mediante un sistema de red centralizado: una central eléctrica enorme generaba la electricidad y la enviaba al consumidor, que podía encontrarse a una gran distancia. Este modelo permitió globalizar la electrificación, pero presenta varios problemas. Con frecuencia, las centrales eléctricas generaban ineficacias en la transmisión, ya que la energía sufría pérdidas en distancias largas. Además, el uso generalizado de centrales eléctricas que funcionan con combustibles fósiles ha contribuido a las emisiones de carbono y a la degradación medioambiental. Este tipo de infraestructura también era muy vulnerable a las averías, ya que un problema en una sola central o línea de transmisión podía generar cortes en toda la región.

Las ineficacias económicas también formaban parte de las limitaciones del modelo centralizado. Los consumidores tenían muy poco control sobre el precio de la electricidad, que podía variar en función de las condiciones del mercado y de la disponibilidad de la energía. Además, en las redes centralizadas era muy difícil integrar fuentes de energía renovable, ya que estas no aportan energía de manera constante; para lograr dicha integración, era necesario hacer modificaciones muy costosas en la infraestructura y disponer de mecanismos para el equilibrado de la red. Estos desafíos hicieron necesario un enfoque más flexible y resiliente para la distribución de energía, lo que preparó el terreno para el camino al auge de los sistemas energéticos descentralizados.

El bum de la generación eléctrica doméstica

El sector energético global está experimentando una enorme transformación, y los avances en energías renovables han introducido el concepto de la producción energética descentralizada: los particulares ya son capaces de generar y almacenar su propia electricidad.

Detrás de la creciente adopción de la energía renovable doméstica hay varios factores. Los estímulos económicos han jugado un papel importante; por ejemplo, el coste de los paneles solares se ha reducido en un 80 % durante la última década. Las ayudas públicas, las tarifas reguladas y las políticas de autoconsumo han convertido a las instalaciones solares y eólicas en una opción más viable. Otro factor importante es la preocupación por el medioambiente: la gente es cada vez más consciente del problema del cambio climático y muchos propietarios quieren cambiar a fuentes energéticas limpias. Además, muchos consumidores quieren llegar a la independencia energética para evitar los riesgos relacionados con los cortes eléctricos, las fluctuaciones en los precios y los fallos en la red.

Con la proliferación de las microrredes domésticas, las empresas de suministros se enfrentan a nuevos retos, pero también tienen nuevas oportunidades. La administración de las redes es ahora más compleja que nunca, ya que las redes tradicionales no se diseñaron para incluir recursos energéticos distribuidos (DER, por sus siglas en inglés). Las empresas de suministros deben integrar tecnologías que permitan un flujo energético bidireccional y un equilibrado de la red en tiempo real. Además, los modelos de negocio también deben cambiar. Cada vez hay más propietarios que generan electricidad, así que estas empresas deben encontrar nuevas fuentes de ingresos, como los servicios de gestión de la demanda, las centrales eléctricas virtuales o los programas de alquiler de baterías.

La adopción de las energías renovables se seguirá acelerando, así que la demanda de instalaciones domésticas para la generación solar y eólica de electricidad también aumentará, lo que reforzará el cambio global hacia la generación eléctrica descentralizada. La rápida expansión de las instalaciones solares y eólicas domésticas ponen de relieve la importancia de este cambio. Según la Asociación de Industrias de Energía Solar (SEIA), las instalaciones solares en tejados han experimentado un incremento anual del 40 % en los mercados más importantes.

Ventajas y avances técnicos en el campo de las redes descentralizadas

Las redes descentralizadas solucionan muchas de las ineficacias de los sistemas tradicionales, ya que contribuyen a la distribución de la generación energética y a la localización del consumo. Los avances tecnológicos han tenido un papel esencial en esta transformación. Gracias a los contadores inteligentes y al software de gestión energética, los propietarios pueden hacer un seguimiento en tiempo real de su uso energético y optimizarlo. Ya han empezado a aparecer plataformas de intercambio energético entre pares, con tecnología de cadena de bloques, para que los propietarios puedan vender el sobrante de energía directamente a sus vecinos sin necesidad de pasar por las empresas de suministro tradicionales.

Una de las ventajas más importantes de la descentralización es la mejora en la resiliencia de la red. La producción energética descentralizada reduce la dependencia de las grandes centrales eléctricas, lo que disminuye el riesgo de cortes que se puedan extender. Los propietarios pueden mantener un suministro estable de energía, aunque haya cortes en la red, mediante soluciones de almacenamiento, como los BESS. Las microrredes con fuentes renovables también contribuyen a estabilizar la demanda local de energía, reduciendo así la presión sobre la infraestructura central.

La descentralización aporta además un ahorro considerable en costes de electricidad para los propietarios. La energía autogenerada disminuye la dependencia de la red, lo que reduce la factura eléctrica. En algunas zonas, los propietarios pueden obtener ingresos económicos vendiendo el exceso de electricidad a la red. Cabe esperar que estas ventajas económicas atraigan aún más el interés por los sistemas descentralizados en el futuro próximo.

Las tecnologías fundamentales de las microrredes domésticas

Las microrredes domésticas integran distintos componentes para generar, almacenar y administrar la energía de un modo eficiente; las siguientes tecnologías juegan un papel esencial en su funcionamiento.

Los inversores inteligentes y la supervisión/gestión de la energía

Los inversores inteligentes son esenciales para convertir la CC de los paneles solares en CA que se pueda usar en el contexto doméstico. Estos inversores administran el flujo de energía optimizando su distribución y dirigiéndola al lugar donde sea más necesaria. La eficiencia en la gestión energética se logra con inversores modernos que cuentan con algoritmos de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) para maximizar la recolección de energía de los paneles solares. Los inversores inteligentes también proporcionan un análisis del rendimiento en tiempo real, algo que los propietarios pueden utilizar para supervisar y optimizar el consumo eléctrico. Además, se integran fácilmente con los sistemas de domótica y los contadores inteligentes, lo que contribuye a simplificar la interacción con la red y a equilibrar la carga.

BESS

El almacenamiento con baterías es esencial para que el sistema energético del hogar sea resiliente. Sin el almacenamiento, el sobrante de la electricidad generada durante el día se acabaría perdiendo si no se usa inmediatamente. Gracias a los avances logrados en la tecnología de baterías de iones de litio, ha sido posible crear soluciones de almacenamiento modernas, como Tesla Powerwall y LG Chem RESU, que ofrecen un alto nivel de densidad energética y una mejora en la duración de la vida útil por ciclo. Con las soluciones de almacenamiento modulares, los propietarios pueden ampliar la capacidad de almacenamiento de acuerdo con sus necesidades. Además, la inteligencia artificial (IA) permite pronosticar la demanda y ajustar automáticamente los ciclos de carga y descarga, optimizando así la energía y mejorando la eficiencia.

Soluciones de hardware para mejorar la seguridad, la eficiencia y la interoperabilidad

Al aumentar el número de usuarios de estas microrredes, la seguridad se convierte en un elemento crucial. Disponer de mecanismos fiables de monitorización y protección contribuye a prevenir averías eléctricas y a mantener la estabilidad de los sistemas. Los sensores de corriente de Allegro MicroSystems (imagen 1) aportan monitorización de corriente en tiempo real a fin de mantener la estabilidad del sistema y evitar sobrecargas. Se trata de sensores diseñados para aplicaciones energéticas, que ofrecen un elevado nivel de detección y pueden hacer mediciones precisas.

Imagen 1: sensores de corriente de Allegro MicroSystems (fuente: Mouser Electronics)

Además de la seguridad, la eficiencia energética es otro factor esencial a la hora de optimizar las microrredes domésticas. La innovación en el campo de los componentes para la gestión energética contribuye a minimizar la pérdida de energía y a maximizar el rendimiento del sistema. Los inductores de potencia WE-MAPI de Würth Elektronik, compactos y diseñados para gestionar grandes cargas de intensidad, están pensados para aplicaciones con un gran nivel de eficiencia, reducen las pérdidas energéticas y mejoran la eficiencia energética global en sistemas domésticos.

Si queremos que las microrredes funcionen con facilidad dentro de un ecosistema energético más amplio, la interoperabilidad es algo imprescindible. Si hay una comunicación eficaz entre componentes y entre las microrredes de la red global, la integración será modificable y fiable. Con el módulo combinado (WLAN + Bluetooth^®) Type 1XA de Murata (imagen 2) es posible lograr una comunicación inalámbrica segura y eficiente entre los componentes de una microrred doméstica, contribuyendo así a una gestión energética más avanzada.

Imagen 2: el módulo combinado (WLAN + Bluetooth) Type 1XA de Murata (fuente: Mouser Electronics)

Conclusión

La evolución de los sistemas energéticos presenta nuevos desafíos y oportunidades, y será necesario crear soluciones innovadoras para garantizar la seguridad y la eficiencia, así como para lograr una interoperabilidad fluida con la infraestructura de red existente. Los componentes más innovadores desempeñan un papel crucial en esta evolución, y contribuyen a que ingenieros y diseñadores dispongan de lo necesario para crear soluciones energéticas modulables y fiables.

Para seguir logrando avances en los ecosistemas energéticos descentralizados, será necesario continuar con la inversión en la tecnología de energías renovables y contribuir así a que el mundo se dirija a un futuro más sostenible. Los ingenieros y los profesionales del sector de la energía deben mantenerse a la vanguardia de estos esfuerzos, a fin de definir cuál será la próxima generación de hogares inteligentes y autosuficientes.