Blog con el ideal de ofrecer información de base (atemporal) sobre tres temáticas claves: 1) el imparable crecimiento de las energías renovables como único camino posible hacia un sistema energético sostenible 2) el ahorro y la eficiencia como parte fundamental de ese camino 3) la dificultad cada vez más actual del cambio climatico y del pico del petróleo o seguridad energética.

domingo, 28 de marzo de 2010

UNA ECONOMIA DE 2€/litro. PARTICULARES ALMACENANDO ENERGIA.

Almacenar energía es uno de los grandes retos a resolver en el futuro. Es un viejo mito-obstáculo de las renovables. Sin embargo queremos demostrar, que es posible hacerlo hoy en día (en una pequeña fracción), a un coste verdaderamente amortizable.

En casi todo lo que vamos a exponer, se ha escogido como ejemplo a la energía fotovoltaica, por ser la renovable más denostada por su actual excesivo coste.

Sin embargo muchos de los aspectos aquí tratados podrían ser igualmente válidos para otras renovables urbanas como por ejemplo, el siguiente minimolino urbano de 1,75 kW de potencia nominal, cuya primera instalación en España se realizó en Pamplona



“Los fundadores están convencidos que los particulares y las empresas en general, gestionarán su propia energía en el futuro cercano. Nuestro objetivo es el de proporcionar tecnologías de energía descentralizadas y sostenibles lo más rentables posibles, lo que aumentará la fiabilidad del suministro de energía y permitirá a los consumidores actuar como productores.”

http://www.donqi.eu/

Si tienes interés en este particular aerogenerador, aquí puedes comprarlo por unos 5100€.


Pero volvamos a la fotovoltaica. Actualmente la única posibilidad de amortizar en menos de 10 años una instalación fotovoltaica en el tejado de tu domicilio, es vender la electricidad a la compañía eléctrica, obteniendo una prima de 0,34€ por cada kWh para potencias menores a 20 kWp.

Pero para ello se ha de recorrer un “vía crucis” burocrático administrativo, que es casi el mismo que si fueras una gran empresa de renovables, que quiere instalar 10MW en un terreno. Es típico que un proyecto fotovoltaico familiar de unos pocos kilovatios, tarde el mismo tiempo en ejecutarse que un megaparque (entre año, y año y medio).



Sin embargo, es seguro que en el futuro, la prima por vender electricidad limpia no será muy ventajosa, y finalmente llegará a la paridad con la red.

Expliquemos esto último. Supongamos que por ejemplo en 10 años, resulta que un modulo fotovoltaico de 120Wp vale solo 200€ o menos (actualmente ya los tienes por 300€), y el precio del kWh al consumidor ha subido hasta por ejemplo 0,17€ (sería el resultado de aplicar un incremento anual del 4%, al actual precio de 0,11473€/kWh), y por contra la prima fotovoltaica se ha ido reduciendo año tras año, desde el actual 0,34€ / kWh, hasta caer por debajo del precio de la red 0,17€.

Llegados a la paridad con la red, te interesará comprar e instalar fotovoltaica en tu tejado, pero esta vez con el ideal de consumir la electricidad tú mismo, en vez querer venderla a la compañía eléctrica a un precio por debajo, del que a ti te cobran. Querremos buscar como ser autosuficientes, o al menos en parte.

ASIF propone incluso acelerar antes de tiempo, la reducción de las primas, mediante la medición y compensación del autoconsumo fotovoltaico. Véase el siguiente ejemplo, en el que se propone una reducción de la prima a solo 0,23€ / kWh en 2012, aunque el particular obtendría también otra prima si consume la energía generada por el mismo, en el momento en que la produce, de forma que esta segunda prima le haga viable la amortización fotovoltaica.


http://www.suelosolar.es/newsolares/ASIF.%20Presentacion%20a%20los%20medios%20informe%20KPMG.pdf


El problema de intentar consumir energía eléctrica producida por uno mismo con fotovoltaica, es que los patrones de consumo y de producción difícilmente coinciden, y esto obliga a almacenar energía. La fotovoltaica solo produce electricidad de forma intensiva durante unas 8 horas en verano (en invierno el intervalo se reduce a 4 horas y pico), y para la mayoría de nosotros este intervalo de tiempo coincide con nuestra ausencia laboral.

Para un particular, el único modo de almacenar energía eléctrica, es hasta el momento, la química de las baterías, elemento obligatorio en instalaciones de casa aislada (que no es nuestro objetivo). Debido a su baja capacidad de almacenamiento, solo sirven para requisitos muy básicos, como el consumo mínimo de un frigorífico eficiente, la luz, y un pequeño televisor, y solo para esto, se necesita un cuarto o trastero lleno de baterías. Además, debido a los actuales escasos ciclos de vida, imponen una previsión de duración del proyecto mucho más corto.

Y otro problema que lleva añadido, es un claro perjuicio medioambiental. No es difícil imaginar cuan grande sería el impacto mundial, si cada particular tuviera en su domicilio un conjunto de baterías para intentar funcionar lo más aislado posible del sistema eléctrico.

Pero el principal obstáculo con diferencia de usar baterías, es que encarecen todo el proyecto de forma considerable. ¿Que sentido tendría instalar fotovoltaica para autoconsumo porque es más barata, si estuviésemos obligados a comprar un elemento tan caro como son las baterías, que anulan el incentivo anterior?. Así pues ¿que alternativas nos quedan?. Pocas, muy pocas.


Primera opción.

En vez de tener las baterías en casa, una posibilidad es comprarnos un coche eléctrico, con el fin de poder aprovechar las placas del tejado. En este caso, la obligatoriedad de incorporar baterías al vehiculo (que es que lo que hace que sea tan caro) nos evita al mismo tiempo la necesidad de un cuarto o un armario de baterías en casa.

Sin embargo el coche eléctrico adolece del problema de no poder cargar las baterías en casa, en horario laboral (ya que precisamente nos lo llevamos al trabajo), con lo que otra vez no nos interesaría instalar placas en el tejado, salvo que seamos jubilados, salvo que no trabajemos de día, o salvo que nos compremos dos coches eléctricos, pero esto último sería nuevamente un despropósito.

Con la afirmación anterior, no restringimos un ápice el gran futuro que tiene este coche en los próximos años, sino que solo hablamos sobre la dificultad para lograr la anhelada autosuficiencia energética por parte de los particulares. Todo apunta a que el coche eléctrico será, junto con los híbridos, la principal tecnología elegida en sustituir en parte (y progresivamente) a los actuales motores de combustión, que aunque sean caros en su adquisición, son mucho más baratos en el balance total compra + combustible.


Segunda opción.

La siguiente opción no es almacenar electricidad, sino integrar con fotovoltaica solamente una pequeña proporción del consumo diurno de la casa (en horario laboral). Es decir, si exceptuamos los fines de semana, de Lunes a Viernes solo podemos y solo queremos “limar” los consumos obligatorios del frigorífico, y de algún electrodoméstico siempre enchufado como un cepillo eléctrico, o un ordenador siempre encendido y conectado a Internet (dos ejemplos de uso poco ahorradores de energía, pero habituales en muchos hogares).

En toda instalación fotovoltaica aislada, existen tres componentes cada cual más caro, que son los paneles, las baterías, y el inversor, cuya función es transformar la corriente continua en alterna.



Sin embargo en otro artículo anterior ya hablamos de un producto todo en uno que promociona la fundación Terra y con el que puedes integrar electricidad fotovoltaica en tu casa de forma segura, sin necesidad de tener conocimientos técnicos, o de realizar complejas instalaciones eléctricas, ya que el panel se enchufa directamente a red como si fuera otro electrodoméstico, ya que gracias a un microinversor avanzado, se garantiza la correcta inyección a la red eléctrica, midiendo e igualando la frecuencia antes de verter.



Si tu consumo en casa en horario laboral, es el de un frigorífico y poco más, entonces con este módulo de 120 Wp, cubres dicho consumo en las horas de Sol, y te sobra electricidad cuando el compresor del frigo se para. Además ocurre que el incremento de consumo del frigorífico de invierno a verano, va en consonancia con la ampliación de horas de suministro fotovoltaico, durante dicho cambio estacional.

Ahora imaginemos el caso de un matrimonio de jubilados, que habitan su casa todos los días de la semana a todas horas. Su consumo eléctrico diurno puede ser mucho mayor que solamente el frigorífico, así que necesitan un inversor con iguales características de seguridad que el modelo anterior (enchufar y listo) pero para una potencia fotovoltaica mucho mayor, como por ejemplo 600 W.

Pare estos casos tenemos el excelente inversor Soladin 600. En este video se muestra su funcionamiento característico en donde la velocidad de parpadeo aumenta según va avanzando el día, y se incrementa la potencia eléctrica integrada.




Aquí lo puedes comprar por 489€ + IVA aunque una buena oferta es comprar aquí un kit compuesto por el inversor mas 600 Wp fotovoltaicos, por 1925€ + IVA. Con este conjunto podríamos hacer un guiso a fuego lento, sin gasto eléctrico de la red, en las horas centrales del día.



La pega de estas instalaciones, es que si produces más electricidad de la que consumes (por ejemplo después de terminar el guiso al que nos referíamos), regalas a la red mucha energía limpia, que nadie te paga.

Para intentar evitar este acto ecológico pero quijotesco, volveremos a hablar mas adelante de un truco ciertamente ingenioso, que hace posible aprovechar en casi todo momento los 600W que nos proporcionan el inversor Soladin y los paneles.


Tercera opción.

Y llegamos a la parte interesante. Existe una forma de almacenar fotovoltaica distinta a las famosas baterías de una instalación aislada, que a día de hoy se considera poco más que un disparate, pero que en menos de 8 años será una realidad en base a que aparte de eliminar el coste de las baterías, también se elimina el caro inversor, con lo que todo el coste se reduce a instalar paneles fotovoltaicos en el tejado.

¿Qué quimera es esta? Tan sencillo como conectar los paneles fotovoltaicos hacia un termo eléctrico con distintas resistencias. Suponiendo que varios paneles nos proporciona una potencia máxima y estable de unos 300W durante 5 horas al día, una resistencia será diseñada para aprovechar dicha potencia respecto al pequeño voltaje que dan los paneles en serie, pero al mismo tiempo queremos que exista otra resistencia, la habitual que trabaja a los 230V de la red general, y a una potencia de 1500W o más. Es resumen, en vez de almacenar electrones, almacenamos simplemente calor.

No hay misterio alguno. Partiendo de la piedra angular de la electricidad, la Ley de Ohm, se deriva por ejemplo la relación entre Resistencia, Potencia y Tensión. El único problema es que por ahora (por simplicidad en la explicación) estamos suponiendo una tensión estable y máxima en los paneles fotovoltaicos durante las principales horas del día, lo cual no es cierto. Mas adelante explicaremos como solventar esta problemática.



Lógicamente el ideal perseguido es que la resistencia “normal” de 230V solamente actúe en horas nocturnas o al atardecer, para dar siempre la posibilidad a que sean solo los paneles solares los que calienten toda el agua a la temperatura pedida en el termostato. Si por ejemplo activamos la resistencia de 230V, solo tras la puesta de Sol, en días nublados tendríamos el agua suficientemente caliente, una hora después de entrada la noche.

Sin embargo queremos que el usuario tenga el control, sobre cuando se quiere tener el agua caliente. Este sería el panel de control del termo ecológico.



Todo el control de programación, se reduce a tres pulsadores, dos de ellos en forma de flecha para “recorrer” de forma parpadeante los 24 diodos LED que aparecen en círculo (cada uno con un número referente a las 24 horas del día), y un pulsador OK para activar/desactivar cada diodo.

Si un diodo LED se le deja encendido, esto significa un punto de “ducha caliente garantizada”, ya que entonces la resistencia de 230V entraría en funcionamiento una hora antes, siempre que según el termostato, fuese necesario calentar el agua.

Por ejemplo la configuración actual es debida a que existe un usuario que solo se ducha a partir de las 19:00 llegado del trabajo, por lo que se activó el diodo de las 19:00, y existe otro usuario que solo se ducha por la mañana a las 7:00, por lo que también activamos el diodo de las 7:00, lo cual ocasiona que la resistencia de 230V solo actuará (si acaso) de 18:00 a 19:00 y de 6:00 a las 7:00 horas. Con esta programación, se consigue un primer objetivo de ahorro, que es aprovechar los patrones de consumo para no volver a calentar el agua tras la ducha. Es decir, solo la calentamos justo antes. Esta idea ya fue proporcionada en el segundo artículo que se subió a este blog, con el nombre de Eco ducha. El segundo objetivo de ahorro, es dar ocasión a que los paneles trabajen, y así el consumo de red sea muy bajo.

Un contador digital muestra el número de horas de consumo eléctrico de la red, lo que nos da una medida del uso eficiente que hacemos del termo fotovoltaico. Cuanto menos crezca este contador, más independencia eléctrica alcanzamos.

Se proporciona no obstante un conmutador, que en una posición hace que el termo se comporte en modo ahorrativo, y que en la otra se comporte como un termo normal, es decir calentando siempre a cualquier hora que se necesite, como por ejemplo, cuando se efectúan varias duchas seguidas. Si activamos este segundo modo llamado MODO DUCHA AHORA, muy seguramente tendremos que esperar a que se termine el ciclo de calentamiento, si el agua estaba a medio calentar. Igualmente si pretendemos realizar por ejemplo 6 duchas seguidas, tendremos que esperar varios ciclos como igualmente ocurre en un termo normal. El modo MODO DUCHA AHORA será más verídico, si el termo fotovoltaico es de pequeña capacidad, y la resistencia de 230V es de alta potencia, como por ejemplo 30 litros y 2000W.

Dada la actual supremacía del confort, supongo que habría mucha gente que no estaría dispuesta a adquirir este hipotético termo por la aparente rigidez de la programación, y por la regla “no usar el termo en la franja horaria de más Sol”, pero es que esta regla no es una restricción, sino una conveniencia económica. Cualquiera puede programar el termo a las 12:00 horas, pero simplemente se estaría desaprovechando su verdadero potencial.

La única forma de romper completamente con normas ahorradoras, sería adquirir dos termos, uno de ellos “fotovoltaico”, cuya salida de agua caliente se conectaría como entrada de agua de otro termo normal. Pero esto supondría un importante sobrecoste y doblar el espacio a ocupar, para el beneficio obtenido. Los termos tienen una duración media de ocho años, y menos aún si la calidad del agua es muy mala.

Otra opción distinta sería eliminar el programador, y que el termo fuese uno de gran capacidad (80 o 100 litros) aunque esto sea el doble de la cantidad de agua que realmente se consume cada día, y establecer el concepto de temperatura de base mínima garantizada. Esto significa que habrá un primer termostato (mejor que éste sea digital) que regula la resistencia de 230V y que tendrá un graduación muy pequeña, como por ejemplo de 40ºC hasta 50ºC, y así el agua nunca estará por debajo de esta temperatura. Los paneles fotovoltaicos podrán aumentar la temperatura del agua hasta lo marcado por un segundo termostato que es el que dictamina la temperatura deseada por el usuario, pero debido a la gran capacidad del termo, les llevará muchas horas elevar la temperatura tan solo 20ºC. Esta modalidad de termo, sería pues mitad fotovoltaico, mitad alimentado por la red.

Si el agua está por ejemplo a 43ºC y uno decide ducharse antes de dar opción a que los paneles calienten más el agua, entonces es necesario abrir el monomando de la ducha, a casi todo agua caliente, pero la temperatura es válida para ducharse.

En cualquier caso, con este otro modelo de termo, otra vez incurrimos en sobrecostes por sobredimensión, y seguramente sea preferible el primer modelo explicado con pequeña capacidad. La clave está en comprender que en una supuesta época futura de energía cara, se pretendería buscar alternativas, y un primer termo fotovoltaico pequeño pero poco caro, sería bien aceptado para casas con uno o dos usuarios, como primer ejemplo de “es posible”. Ya existe un mercado de usuarios de termos pequeños, y precisamente ese pequeño tamaño implica que necesiten pocos paneles para calentarlo, lo cual permite un conjunto no muy caro.


Explicada la idea, estoy seguro que lo primero que pensará el lector es que hoy en día, es una opción muy cara utilizar fotovoltaica para obtener ACS (Agua Caliente Sanitaria), existiendo la más barata tecnología de paneles solares térmicos. Esta afirmación, es sobretodo cierta, si se instala al mismo tiempo que se construye la casa, lo cual es obligatorio a raíz del Real Decreto 314/2006.

Sin embargo siempre la principal dificultad para instalar renovables en el tejado, está en el hecho de que la mayoría de la gente vive en bloques ya construidos de comunidades de vecinos, donde se necesita la mayoría absoluta para realizar nuevas instalaciones posteriores a la construcción. En este contexto, la fotovoltaica es la instalación más sencilla, porque la interconexión es tan solo un cable eléctrico, que no requiere una obra compleja como si le ocurre a la solar térmica.

Si además vives en una comunidad de vecinos con azotea plana, y propones instalar fotovoltaica, pero algunos vecinos muestran su negativa por las posibles filtraciones de agua al tener que perforar dicha azotea para fijar los paneles, puedes intentar convencerlos al decirles que existen instalaciones fotovoltaicas sin necesidad de perforaciones, en las que solo es necesario posar los paneles como si fueran alfombras. Dos productos de la empresa Sunpower están garantizados para vientos de hasta 193 km/h (según las especificaciones), ya que han sido diseñados para ofrecer estabilidad aerodinámica.



http://us.sunpowercorp.com/downloads/product_pdfs/business/SunPower_t5rooftile_en_lt_w_r0.pdf

http://www.mysunpowersystem.com/downloads/product_pdfs/business/SunPower_t10rooftile_en_lt_w_r0.pdf

Recordemos el objetivo que enunciamos al principio de este artículo: almacenar energía a un coste razonable. Dentro de 10 años, cuando la fotovoltaica sea plenamente competitiva, quizás todavía siga siendo algo más cara que la solar térmica, pero como esquema de almacenamiento de energía, no existirá ningún otro más simple y directo que el siguiente, para casas ya construidas (sin engorrosas obras, y de sencillo mantenimiento):

Electricidad renovable + cable eléctrico + termo de varias resistencias.




Análisis de costes.

Realmente ¿cuanto cuesta calentar el agua? Vamos a hacer unos simples cálculos, y vamos a hacerlo suponiendo el peor caso, es decir, en invierno y estando el agua a una baja temperatura de 10º C, con el objetivo de elevarla hasta los 60ºC (50º de gradiente).

En mi casa usamos un termo de 1500W y de solo 30L, suficiente para poder ducharse dos personas seguidas. El truco no es una ducha “militar” de dos minutos escasos, sino la eficiente alcachofa RST Novolence que pulveriza el agua con un consumo mínimo de 4L/minuto. Esto hace posible que un solo ciclo de 30L, se consiga un igual tiempo de ducha total (unos doce o trece minutos seguidos), que el obtenido con una alcachofa “normal” y un termo de 50L.


La anterior afirmación, la puedes verificar en el siguiente video. Todo esto ya lo dijimos en el artículo referente a la Eco ducha. Veamos ahora los cálculos.

Partimos de la equivalencia 1 kWh = 3,6×106 J = 860400 cal y de la propia definición de caloría como la cantidad de calor necesaria para elevar un gramo de agua, un grado Centígrado. Entonces con una hora de funcionamiento del termo de 1500W, elevará la temperatura de los 30 litros en exactamente 1,5 * 860400 / 30000 = 43,02º C con lo que se necesita algo más de una hora para llegar hasta los 60ºC.

En la práctica, casi nunca se empieza a calentar desde los 10ºC (si ocurre por ejemplo después de unas vacaciones en Navidad). Después de calentar todo el agua por primera vez, tras la primera ducha, aun agotando todo el agua caliente, uno siempre deja de ducharse antes de sentir el agua muy fría. Así pues, aunque el agua entrante está a solo 10ºC, el último agua mezclada que queda en el termo está digamos a 25ºC. A esta temperatura, la pérdida de calor del termo hasta la siguiente ducha, es muy pequeña, gracias al excelente aislante de espuma de polietileno, y a que la casa tiene una temperatura parecida (quizás unos 20ºC). Así pues, los 43º C de gradiente con 1500W en una hora de calentamiento, se antojan suficientes (25 + 43 = 68), y de hecho lo he podido comprobar muchas veces en la práctica.

Si ahora en vez de tener un termo estándar de 1500W, tuviésemos un termo especial que contuviese una segunda resistencia diseñada para trabajar a 300W, entonces con solo uno de los paneles T5 de Sunpower de igual potencia, y en las 5 horas de más Sol, haríamos el mismo trabajo equivalente, que con la hora de electricidad de la red a 1500W.


El excelente panel T5 de Sunpower es algo caro, cuesta unos 1000€. Pero tampoco se aleja mucha de la opción de comprar 3 paneles baratos de 120 Wp de 300€ + IVA. Con los 1000€ anticipamos el pago de calentar cada día el termo de 30L durante los próximos 25 años (y seguramente más).

Haciendo un cálculo aproximado, cada posible ciclo de calentamiento (2 duchas) saldría a unos 1000 / (365 * 25) = 0,109€ + precio de uso de la red en duchas no habituales. Actualmente calentar el termo de 30L con la red cuesta 1,5 kW * 0,114 €/kWh * 1,24 = 0,212€ es decir el doble de precio por día.


1,24 es el factor multiplicador de impuestos, con el inminente IVA del 18%, ya explicado en este otro artículo. Por ejemplo durante los primeros 7 años, ya nos habremos gastado en electricidad mas de la mitad del dinero que cuesta el panel 7 * 365 * 0,212 = 541€, y pasados unos 13 años conseguiríamos la amortización completa (sin ayudas del estado), tras lo cual ducharse es gratis durante 12 años más.

A favor del termo eléctrico normal es justo decir, que estamos suponiendo un gasto diario obligatorio, y esto no es cierto. En vacaciones solemos desconectar el termo, y en fines de semana ausentes, el coste eléctrico se reduce solamente a mantener el agua ya caliente.

Pero como punto en contra, estamos comparando de forma injusta, ya que estamos multiplicando muchos años futuros, al mismo precio que el 2010, y es seguro que la electricidad se encarecerá. Si suponemos un incremento de la electricidad del 4% al año, en 25 años la tarifa eléctrica llegaría a ser de 0,30€ / kWh. A modo de ejemplo, si cogemos 0,2€ / kWh como término medio multiplicador, digamos que calentar los 30L de agua de ducha durante los próximos 25 años, costaría cada día de media 1,5 kW * 0,2 €/kWh * 1,24 = 0,363€ es decir, unas tres veces mas caro por día.

¿Entonces por qué se dice tan a menudo, que usar fotovoltaica para calentar agua es demasiado caro? 1000€ es una cantidad asequible y razonable respecto a la cantidad de tiempo que durará el panel. Durante esos largos 25 años, tendremos que comprarnos tres termos por la corrosión del agua, cuyo precio en suma será de 600-900€

No parece que la gente pueda considerar caro pagar 1000€ por tener cubierto una parte del gasto de energía en casa, el que se necesita para ducharse los próximos 25 años (media vida), con el plus añadido de ser energía limpia. Este bajo precio, es una nueva referencia económica para la fotovoltaica, porque nos hemos ahorrado el inversor.

Sin embargo muchas familias numerosas, necesitan un termo no de 30L, sino de 100L, lo cual supone multiplicar por tres los costes en fotovoltaica para calentarlo, y 3000€ ya si es un desembolso importante, por mucho que se intente convencer de que se está pagando por el futuro gasto en agua caliente para 5 o 6 personas en los próximos 25 años.

La verdadera respuesta a la pregunta anterior, aparece si comparamos la fotovoltaica con los paneles solares térmicos. Por un poco más de dinero, unos 1200€, en vez de calentar 30L, se pueden calentar 200 litros, y esta cantidad ya puede ahorrarnos una buena proporción de la calefacción, según sea el tamaño de la casa.


Claro que también habría que contabilizar el precio de la instalación (lo que seguramente duplique el precio), y los costes de mantenimientos (que son muy importantes en esta tecnología), pero la diferencia de coste / beneficio es muy clara. En cualquier caso, entre distintas renovables no hay, o no debería haber competencia, sino conveniencia.

Aunque no tan exagerada como la tecnología de los semiconductores, la tecnología fotovoltaica es el mejor ejemplo de renovable que decrece de precio año tras año, mientras que las energías convencionales son un ejemplo de continuo crecimiento. Así que dentro de 10 años, creo que todo el mundo querrá tener algo de fotovoltaica como fuente de energía personal, aunque sea en una pequeña proporción.



Una implementación posible.

¿Se vende hoy en día este termo especial y ecológico? La respuesta es claramente no. En primer lugar la característica que define a un “termo fotovoltaico” es que es un termo lento (de poca potencia), y lógicamente ningún fabricante elabora un producto con peores características, si cuesta prácticamente lo mismo ponerle resistencias de bajo amperaje, es decir rápidas.

Sin embargo a continuación vamos a exponer dos ejemplos de implementaciones 100% posible a día de hoy de termos fotovoltaicos, con componentes de venta a disposición de cualquiera.

El primer ejemplo, va a ser intentar suplir de ACS a una familia numerosa de 6 miembros, cuya alta demanda hace necesario un termo de 100 litros de capacidad.

En realidad no compramos un termo de 100L, sino dos termos de 50 litros de la marca Fleck modelo Nilo. Este termo incluye dos resistencias iguales, y tiene la posibilidad de elegir la potencia a calentar. Si elegimos calentar con solo una de ellas, la potencia es de solo 875W, con lo que calentar un gradiente de 45ºC le lleva 3 horas y 19 minutos, que es justo lo que buscamos.


http://www.fleck.es/411243_Cat_G_FK_sep08_01_LR.pdf

Si compramos un inversor Soladin 600 anteriormente explicado mas 600Wp en paneles, alimentamos de media digamos unos 450W de los 875W necesarios. Por último compramos también dos programadores eléctricos que nos permitan programar un termo, por ejemplo desde las 10:00 hasta las 13:20, y el otro termo desde las 13:20 hasta las 16:40. De esta forma conseguimos el máximo aprovechamiento de los paneles fotovoltaicos en casi todo el rango de horas de Sol (casi 7 horas), y logramos así el ansiado autoconsumo, y el almacenamiento de energía, aunque estemos ausentes de la casa.

Además una posible interconexión en forma de T de ambas salidas de agua caliente, permitiría cerrar y abrir un termo u otro, según queramos usar el que se ha calentado antes (el de 10:00 a 13:20), o gastar solo uno de los dos termos con tres duchas, para que todavía quede el otro completo para otras tres.

El precio de paneles, inversor y los programadores, y el cableado, ronda en suma sobre los 2400€, así que el precio promedio por día de la inversión realizada, es de 2400 / (365 * 25) = 0,263€

Si calentar 50 litros de agua con 875W, le lleva 3 horas 19 minutos, calentar 100 litros con la red costara 0,875kW * 0,114 €/kWh * 1,24 * 6,6h = 0,816€

Como obligatoriamente seguimos pagando la mitad de esa electricidad, el precio por día de este termo fotovoltaico es de 0,671€, lo cual aunque inferior, sigue siendo bastante elevado. La ganancia económica sería más clara si calentáramos al 100% con energía fotovoltaica, comprando dos kits Soladin mas 1200Wp fotovoltaicos obteniendo un precio por día de 4700 / (365 * 25) = 0,515€ El único problema sería tener superficie tejado suficiente para tanto panel.

Veamos ahora otra implementación distinta. Ahora queremos conseguir un “termo fotovoltaico” para una casa habitada por dos personas, que les basta con un termo de 30 litros. Este es mi caso, y la marca del termo que uso es Fleck modelo TP de 30 litros y 1500W, que resultará ser idóneo como veremos.

Si compramos igual que antes el inversor Soladin 600, mas 600Wp en paneles, al conectar nuestro termo de 1500W, necesitaremos un aporte extra de la red de unos 1000W. El objetivo es que el termo consuma muchos menos vatios, y además también queremos que lo haga durante las principales horas de Sol.

Lo segundo es de nuevo fácil de conseguir con otro programador. Pero para lo primero haremos un sencillo truco: conectar entre programador y el termo, una fuente de alimentación que reduzca la tensión de 230V a 125V. Este termo permite esta conexión, ya que no contienen ningún circuito electrónico, sino tan solo componentes eléctricos como el termostato y la resistencia.


Como la Potencia eléctrica es P = V*V / R al reducir la tensión a la mitad, se reduce la potencia por cuatro P = (V/2 * V/2) / R = (V*V / R) / 4 es decir, en teoría 375W.

Ya que tenía el termo adecuado, no he podido dejar la ocasión de probar el experimento con una enorme fuente de alimentación que generosamente me prestaron en una tienda. Como curiosidad lo primero que llama la atención, es el indicador rojo luciendo muy débilmente. El resultado que obtuve fue unos sorprendentes 525 vatios, es decir que la potencia solo se redujo a la tercera parte.


Para saber el por qué de este resultado, calculé primero la resistencia del termo R = V*V / P = 230*230 / 1500 = 35,26 Ω

Tras esto, es fácil saber la tensión devuelta por la fuente de alimentación (cuyo frontal esperaba 220V y no 230V) V = √ (P*R) = √ (525*35,25) = 136V en vez de 125V

Aunque ingeniosa, esta implementación tiene un problema: la baja rentabilidad. Como se ha reducido la potencia a la tercera parte, el termo calentará el agua en tan solo unas 3 horas.
En invierno, las horas de más Sol, son unas cinco horas al día, pero en verano el termo no es suficientemente lento, y con 600Wp fotovoltaicos tenemos mucha energía sobrante en el resto de horas, que nos será muy difícil de aprovechar con otros electrodomésticos programados. Aunque la energía no se perdería, tampoco se amortizaría.

Podríamos subir el termostato y ampliar las horas de calentamiento hasta 4 o 5 horas, pero en cualquier caso solo conseguiremos que nos sobre agua caliente (muy caliente), y el gasto completo seguirá siendo de 2400€ para poder ducharse 2 personas durante 25 años, análogo o incluso mas caro que pagando electricidad. En este caso la única motivación sería la conciencia ecológica de conseguir una ducha totalmente libre de CO2.

Lo ideal sería hacer el mismo truco pero en el anterior termo Fleck Nilo 50L de 875W, solo que este termo no permite la conexión directa a 127V según las especificaciones. Aun así, si podríamos abrir la parte eléctrica del termo para encontrar las conexiones que van desde el termostato a la resistencia que funciona a 875W, e intercalar entre ambos la fuente de alimentación, ya que esto nunca afectaría a otros posibles componentes electrónicos.


De esta forma reducimos los 875W a solo 290W (la tercera parte). Solo necesitaremos unos 360Wp fotovoltaicos, y el tiempo de calentamiento se eleva ahora a las 10 horas.

El precio de la “conversión a termo fotovoltaico para los próximos 25 años” se reduce ahora a unos 1600€ cuyo conjunto (dejando aparte el propio termo Fleck Nilo 50L) es el inversor Soladin 600, la fuente de alimentación, y tres paneles fotovoltaicos de 120Wp. Aunque no toda la energía necesaria será fotovoltaica, si aseguramos que toda la energía captada será plenamente aprovechada como consumo nuestro, ya que el intervalo de 10 horas necesario para calentar el termo, son más horas que las horas de Sol de cualquier día, ya sea Inverno o Verano.



Una implementación perfecta.

En las implementaciones anteriores hemos elevado el precio ya que hemos incluido el caro inversor Soladin. Sin embargo la idea original era conectar directamente los paneles fotovoltaicos a un termo con una resistencia alta (es decir que trabaje a baja potencia) para ahorrarnos costes.

Como ya dijimos el problema está en que un panel fotovoltaico no entrega una tensión e intensidad estables a lo largo del día. El siguiente gráfico son las curvas características de una gran instalación fotovoltaica de 2180W de potencia máxima. Podemos ver que en el caso de una perfecta radiación solar de 1000W/m2, obtenemos la máxima potencia (punto 1) si conectamos una resistencia de 13 ohmios, pero al atardecer cuando la radiación es de solo 200W/m2, la misma resistencia nos ofrece una potencia de solo 100W, es decir 20 veces menor (punto 2).

En ese momento del día, una resistencia ideal sería de 67 ohmios, ya que entonces se maximiza la escasa radiación solar, entregando 445W de potencia (punto 3).

Pues bien, ya en 1994 Hunter A. Fanney y Brian P. Dougherty patentaron un sistema que frente a lo anteriormente dicho, optimizaba el aprovechamiento de la energía fotovoltaica como fuente de calentamiento de un termo de agua, logrando sobretodo exprimir muy bien la energía solar del amanecer y del atardecer.

La idea era, que en vez de usar una única resistencia, se construía un termo que contuviese un conjunto de 6 resistencias conectadas en paralelo, y que fuesen interrumpidas o conectadas a través de relés (para variar la resistencia general) mediante un microprocesador que calcule a cada minuto la combinación óptima, gracias a un sensor de la radiación solar del momento.

Este es el esquema del sistema. Se usa el termo fotovoltaico como precalentador de otro termo normal, para garantizar en todo momento la temperatura, independientemente de las condiciones climáticas.

En un primer estudio ya se daba el porcentaje de máxima energía capturable respecto a la posibilidad de usar seis resistencias en el mismo termo, solo tres, o solo una.


http://www.fire.nist.gov/bfrlpubs/build96/PDF/b96072.pdf

Una implementación demostrativa, fue la instalación construida en el centro de visitantes del Parque Nacional Great Smoky Mountains, como instalación proveedora de agua caliente sanitaria, y cuyo rendimiento fue evaluado durante varios años. La conclusión más interesante fue que lograron alcanzar el mayor aprovechamiento porcentual de energía fotovoltaica frente energía de la red, tras instalar sistemas ahorradores de agua.

http://fire.nist.gov/bfrlpubs/build02/PDF/b02012.pdf

Otros ejemplos de distintas instalaciones de termos fotovoltaicos, son las que enlaza esta página.

http://www.bfrl.nist.gov/863/pvsolar/pvwater/pvwater_facil.htm

Y otras páginas de interés sobre esta idea, son la propia patente y un programa de investigación desarrollado tras ella, del que nació un programa de simulación que se puede descargar.

http://www.patentstorm.us/patents/5293447/description.html

http://sel.me.wisc.edu/trnsys/downloads/trnsedapps/demos/pvsdhw.htm



Un prototipo eólico.

El objetivo es ahora almacenar energía en forma de agua caliente gracias a un pequeño aerogenerador, siempre que nuestra casa disponga de un régimen de viento suficiente, lo cual en muchas ciudades no es habitual, y además ha de ser en edificios altos. En este caso elegimos el ya famoso modelo Air X.


Según el manual de usuario esta miniturbina está diseñada para alimentar baterías de 12V o 24V. Por mucho que aumente el viento no incrementan la tensión, pero si la potencia entregada hasta los 400W, y como la tensión de trabajo es constante (una vez que arranca), no necesitamos relés para activar o desactivar resistencias como en el caso del termo fotovoltaico.


Si alguien quisiera construir un prototipo de termo eólico, aparte del contenedor aislado necesitaría resistencias que trabajen a 12 V, y por ejemplo existen las siguientes diseñadas para campistas, pero debido a que trabajan a solo 75W, necesitaríamos al menos 6 de ellas para soportar la potencia nominal de 400W.


http://www.reimo.com/r31/vc_content/daten/firma69/www/pdf_import/L/0545.pdf


Ya buscando directamente termos a 12V, tenemos algunos diseñados para trabajar con la baja tensión de las baterías de una autocaravana, a 12V y a 200W. El problema es que son demasiado pequeños, tan solo de 10 litros.


http://www.reimo.com/r31/vc_content/daten/firma69/www/pdf_import/C/0516.pdf

Necesitaríamos por lo menos 2 termos unidos (20 litros), y conectarlos eléctricamente en paralelo para trabajar en conjunto a 12V y 400W, de nuevo justo lo que buscábamos. El caso es que como no tienen resistencia de red a 230V, estos termos deberían serían una etapa de precalentamiento para un termo normal de 30 litros. El precio en total sale bastante caro, para el escaso beneficio obtenido. En cualquier caso, toda esta implementación es casi un primer experimento, para demostrar otra vez, que es posible ahorrarnos el inversor y/o las baterías, y aun así nuestro aerogenerador seguirá siendo útil. Sería bueno que alguna empresa diseñara un “termo eólico” específicamente construido para trabajar con un determinado aerogenerador, como el Air X.

Que alguien fabrique alguno de estos “termo ecológicos” es solo cuestión de tiempo.

Cuan reconfortable es una ducha reparadora a la tarde-noche después de llegar del trabajo. Y más aun si sabemos que ese agua caliente, no ha producido nada de CO2, y que pasados los años de amortización, ese agua caliente nos sale gratis.



Otros almacenamientos potenciales.

Al igual que existen bombas de agua solares para piscinas, que pueden ser alimentadas directamente con la corriente continua de los paneles solares, se podría fabricar una bomba parecida pero ahora diseñada para comprimir aire, y tan solo añadiendo un gran deposito de aire comprimido, se logra un nuevo tipo de almacenamiento de energía. Ahora el elemento almacenante no es ningún producto químico escaso y tóxico, sino el limpio, barato y abundante aire atmosférico. Este método de almacenamiento destaca sobretodo por su simplicidad y economía. Ahora bien queda la pregunta de cómo aprovechar mejor esa energía almacenada.

La manera más directa de usar ese aire comprimido, sería que los coches de aire comprimidos fueran ya una realidad. Desgraciadamente esto todavía no es así, aunque ya hablaremos sobre esta temática en próximos artículos.

Si en el futuro llegasen al mercado estos coches, y sus propietarios instalasen módulos fotovoltaicos en sus tejados, esto les proporcionaría su propio “surtidor de gasolina”. Además existe una importante diferencia con respecto al coche eléctrico. Como ya dijimos, este último necesitaba estar en casa para aprovechar la energía producida por los paneles. En cambio, el aire comprimido producido y almacenado durante el día en nuestra ausencia, se puede traspasar rápida y fácilmente al coche de aire comprimido, y sin pérdida de energía.

Otro posible uso del aire comprimido, es el que la empresa MDI ha ideado mediante un prototipo de grupo electrógeno (del que no aporta ningún dato técnico). Almacenando primero aire comprimido, puede posteriormente recuperar la energía en forma de electricidad, proporcionando además aire frío o caliente, según que fase de trabajo sea.



http://www.mdi.lu/english/autres.php

La compresión del aire como método de cogeneración (almacenamiento mas calor, y generación de electricidad mas frío), tiene interesantes paralelismos dentro del ámbito doméstico, respecto a las necesidades de ACS, y aire acondicionado. Sin embargo debido al enorme tamaño, y la escasa densidad energética del aire comprimido, bien parece que este producto solo estaría (si es que se comercializa) más bien orientado a la industria.

Y por ultimo, está el futuro método de almacenamiento cuyo mayor potencial es la gran densidad energética, pero que ni mucho menos está aun resuelta su tecnología, y aun tendremos que esperar seguramente décadas, para verla implementada en hogares como la máquina de energía personal. Nos referimos indudablemente al hidrógeno.



En el siguiente articulo Daniel Nocera, describe su relativamente reciente descubrimiento de un nuevo método de electrolisis del agua, que indudablemente es un trabajo de impresionante factura científica, pero resulta que tanto ha salido este descubrimiento en los medios, que se ha creado una falsa expectativa sobre el estado actual de la tecnología de hidrógeno, y ni mucho menos hemos alcanzado el punto en el cual sabemos producirlo a gran escala. Es lo que denuncia el segundo enlace.

http://pubs.acs.org/stoken/presspac/presspac/full/10.1021/ic901328v?cookieSet=1

http://www.theoildrum.com/node/4378



El gran futuro de las urbanitas.

Las renovables no han dejado de sorprendernos desde que empezaron a desarrollarse e implantarse, y estoy seguro lo seguirán haciendo en el futuro por caminos insospechados. La primera frase de este blog fue:

"El gran Julio Verne, no llego a imaginar en alguna de sus proféticas obras, el gran logro tecnológico e icono de Paris, que se construiría en su época : la Torre Eiffel. Pero es que hace tan solo 25 años, ningún tecnólogo supo vaticinar que en el actual siglo XXI, emergerían las gigantes turbinas eólicas actuales."

En este macro artículo, como ya es costumbre en este blog, se ha querido explotar hasta sus últimas consecuencias, la posibilidad real hoy en día, de consumir energía producida por uno mismo, aunque sea en forma de calor acumulado. A esta forma de energía se le atribuye menos valor intrínseco que a la propia electricidad, y sin embargo es uno de los principales gastos energéticos de los domicilios.

El verdadero problema del autoconsumo es que en un gran bloque de viviendas (que en ciudad, es donde vive la mayoría) no existe superficie-tejado suficiente para proporcionarnos más que un pequeño porcentaje del enorme gasto energético consumido cada día en el bloque entero. Si realmente no existiera la imposibilidad técnica y económica para almacenar toda la electricidad, todo el ACS, toda la energía necesaria para climatización, y toda la energía usada para cocinar en un bloque de 100 viviendas, el problema sería entonces como producir tanta energía localmente. Se necesitaría por ejemplo un enorme campo de placas fotovoltaicas adyacente a dicho bloque.

Si hay que optar por solo intentar producir solo uno o dos de los gastos energéticos comentados, puede que sea mas rentable uno u otro tipo de renovable, pero todos ellos nos beneficiarán con ahorro energético.

Las cinco renovables urbanitas, fotovoltaica, solar térmica, eólica urbana donde sea posible, biomasa, y geotermia, tienen un enorme futuro a medio plazo. Aunque ya son amortizables hoy en día, solo despertarán entre la gran mayoría una clara conveniencia económica, tras la inevitable futura subida de las fuentes energéticas fósiles.

En esta exposición, se han dado muchas ideas, que no llegan a la definición de invento, pero que claramente un fabricante de termos, o de fotovoltaica habrá leído con interés ya que salvo la patente explicada, no he encontrado otras páginas en Internet que traten esta temática a fondo. La idea del termo fotovoltaico nació en 1994. Solo está esperando su momento.

9 comentarios:

Andrés Celave, Ecoºº dijo...

Interesantísimo documento Salvador. Para aquellos que no quieran esperar a que las energías renovables estén totalmente extendidas en toda la red eléctrica, la opción de la fotovoltaica con almacenamiento vía termo parece una forma accesible de lograr cierta autonomía energética. El documento es interesante por eso, porque logras plantear una alternativa real y lo explicas muy bien. Incluso para alguien como yo, no especializado en cuestiones técnicas, es un texto muy comprensible. Se lo pasaré a Carlos para que lo lea, y también a Juan José, nuestro técnico en Ecooo.

De nuevo gracias por tus importantes aportaciones. Con este tipo de investigaciones se logra bajar las renovables de las altas esferas de grandes empresas al conjunto de la ciudadanía.

Un saludo!

Anónimo dijo...

Muchisimas gracias Salvador, muy interesante.
Saludos,
Josan

Anónimo dijo...

Muy bueno el desarrollo de tu explicacion, aunque yo habia pensado en otra aplicacion donde comentas lo de almacenar la energia sobrante del inversor soladin conectada a red, claro que basicamente estamos hablando de ahorrar, pero si lo que queremos es sacar el maximo rendimiento de los 600w hora podemos utilizarlos en manterner operativo el aire acondicionado en verano (la parte proporcional) y en las 3 0 4 horas pico de invierno hacer funcionar la bomba de calor.

Esta claro que el AA no tiene porque estar todo el dia conectado puede arrancar programado a las 12:00 mientras que de 9 a 12:00 horas puede funcionar 1º lavadora, 2º secadora y despues arrancar el AA.

Gracias por tus explicaciones.

Saludos

Emilio

David dijo...

Hablas de calentar agua con fotovoltaica, cuando obtienes un 100% más de rendimiento calentándola directamente, es la energía solar térmica.
Siempre se pueden llevar tuberías de agua hasta el tejado, las de PB son más económicas que el cobre.
Y si no puedes... entonces es mejor usar la biomasa para calentarla directamente también.
Pero lo que comentas es la peor opción, tómatelo como una crítica constructiva.
Un saludo y gracias por tu blog, es esclarecedor en muchas de las ideas vertidas en él!!

joe garcia dijo...

El articulo me parece muy interesante, sobre todo lo que se refiere a la utilización del soladin 600, pero digo yo, se puede añadir un elemento eolico como un generador de 400w en convinación con las placas solares?
un saludo.

Jose Miguel Jiménez dijo...

Hola.
Muy interesante, sí, en mi caso voy incluyendo mejoras de eficiencia en casa, con el objetivo de llegar al autoconsumo.

Hay un estudio de 4 años en mi blog, lo dejo también por si os sirve

Pero, aunque se proporcionan muchos datos, se sigue sin aclarar muy bien como se dirige el excedente de la electricidad al termo. Con un programador, es complicado.... hay unos aparatos sobre los que escribo en mi blog, que sirven para esto
http://www.calentadorsolarpasoapaso.blogspot.com.es/2013/02/si-balance-neto-nocomo-evitar-inyeccion.html

Saludos y gracias por aportar

Jose Miguel Jiménez dijo...

Hola.
Excelente documento, sí.

Por aportar, no queda muy claro como dirigir al termo el excedente de la instalación. En mi blog, explico como habría que hacerlo, existe un aparatito para esto:

http://www.calentadorsolarpasoapaso.blogspot.com.es/2013/02/si-balance-neto-nocomo-evitar-inyeccion.html

Saludos y gracias por aportar

Daniel dijo...

He realizado "la peor opción" (según David)y funciona de maravilla.
El termo es un Cointra TDG-100,
los módulos, cuatro en total, son SLK72P6L de 300Wp.

También a mí me rondaba esta idea hace muchos años, pero el precio de los módulos en aquel momento, lo convertía en algo descabellado. Ahora se ha hecho realidad, con un coste para el cliente de 1700 Euros. Aquí se incluyen los módulos, el soporte de los mismos, el termo, y la instalación. Esta última, la instalación, ha resultado muy facil y rápida, como espero, sea también, el mantenimiento de la instalación.

Aunque funciona de maravilla,
me rondan algunas ideas que la pueden mejorar. Si así llegara a ser, ya lo comentaríamos aquí mismo.

renovablessinlimites dijo...

Bravo Daniel.

Yo tambien estaba esperando, aunque en mi caso a que dieran la opcion del Balance Neto. Como parece que va largo, decidí comprar el transformador explicado para reducir la potencia por 3.

Como he visto que este tema está de plena actualidad, y habían pasado ya tres años, de este artículo original, decidí darle un segundo post, para incentivar a que la gente cambie el chip:

"Se puede tener agua caliente con FV, y ya es igual de rentable que la térmica (o más)"

http://renovablessinlimites.blogspot.com.es/2013/03/autoconsumo-la-realidad-supera-los.html