El mito del todo

Los sistemas de respaldo de batería junto con la energía solar están siendo aclamados como la mejor solución para los cortes de energía de seguridad pública en California, sin mencionar nuestra red eléctrica arcaica.

Estos sistemas no solo son ideales para alimentar una casa cuando se va la luz, sino que también ayudan a reducir los costos de electricidad y brindan servicios de soporte de red cuando la empresa de servicios públicos local los necesita. Por razones de emisiones y costos, los generadores convencionales de gas o diesel no son una opción.

Por lo tanto, no sorprende que la demanda de estos sistemas supere la oferta de equipos, así como la disponibilidad de mano de obra calificada para la instalación.

Pero hay una trampa en esto. Nos gusta creer el mito del respaldo de toda la casa o la noción de que nuestro estilo de vida del siglo XXI continuará sin cesar a pesar del infierno del fuego o el agua alta. La realidad es diferente: los sistemas típicos de batería de respaldo funcionan mejor cuando están diseñados para racionar la capacidad de la batería y minimizar el uso de electrodomésticos grandes.

Los mitos a menudo tienen un origen real: los sistemas de baterías para toda la casa funcionan para aplicaciones fuera de la red. Se estima que hay 180,000 casas de este tipo en los EE. UU.

Pero estas casas fueron diseñadas para vivir fuera de la red: por lo general, son más pequeñas y están bien aisladas; use calefacción de combustión con respaldo de propano; incorporar sistemas solares térmicos activos y pasivos; y no tienen sistemas de aire acondicionado que consumen mucha energía, cargadores EV de nivel 2 o piscinas.

Hay dos límites de ingeniería fundamentales que hacen que no sea práctico hacer funcionar una casa entera solo con energía de batería. Primero, la capacidad de energía de los sistemas típicos de baterías de iones de litio es insuficiente para alimentar una casa entera durante un apagón nocturno. En segundo lugar, los inversores de respaldo de batería no son lo suficientemente potentes para arrancar y hacer funcionar muchos electrodomésticos grandes.

Por supuesto, múltiples baterías e inversores pueden abordar estas limitaciones de energía y potencia. Pero el costo de más de 20 kilovatios de inversores y más de 40 kilovatios-hora de baterías es prohibitivo para el propietario típico.

Un enfoque más práctico es diseñar un sistema de respaldo de batería para alimentar solo cargas críticas: no electrodomésticos grandes como aire acondicionado, cargadores EV de 240 voltios o estufas eléctricas. En cambio, solo de cuatro a ocho circuitos más pequeños en la casa para refrigeración, iluminación, entretenimiento, comunicaciones y puntos de venta.

Nuestras viviendas actuales utilizan mucha electricidad y, debido a la gran cantidad de dispositivos enchufados, las casas más nuevas a menudo usan aún más.

Los dispositivos que consumen mucha energía son los más desafiantes para los sistemas de respaldo de todo el hogar. El consumo de energía para un acondicionador de aire central grande es de 5000 vatios, un cargador EV es de 7000 vatios, una estufa eléctrica es de 10 000 vatios y las bombas de piscina son de 2200 vatios.

Entonces, ¿cuánto tiempo funciona un sistema solar y de batería típico durante la noche mientras opera estos electrodomésticos más grandes? Respuesta: no mucho tiempo en absoluto.

La matemática es simple. Si la capacidad de energía de la batería es de 2,5 kilovatios-hora por la noche (típico si la batería se usa durante la noche para maximizar los ahorros de autoconsumo), solo hay suficiente energía de la batería para hacer funcionar las bombas de la piscina durante 60 minutos, una central CA durante 30 minutos, un cargador EV durante 20 minutos o una estufa eléctrica durante 15 minutos.

Con cualquiera de estos dispositivos en funcionamiento, después de solo un intervalo relativamente breve de respaldo automático para toda la casa, la batería pronto se agotará y no podrá alimentar las cargas críticas. En términos líricos: Sin luces. Sin teléfono. Sin coche eléctrico. Ni un solo lujo. Como Robinson Crusoe, tan primitivo como puede ser.

Una posible solución es apagar manualmente las cargas de electrodomésticos grandes durante un apagón. Desafortunadamente, muchos apagones ocurren durante el día cuando no hay nadie en casa o por la noche cuando la gente duerme. Los clientes que han tratado de deshacerse de las cargas manualmente generalmente terminan decepcionados con su sistema de respaldo.

Otra solución (si el presupuesto del propietario de la casa y el espacio en la pared lo permiten) es agregar 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 variedad de experiencias buenas y malas con la batería de respaldo. Durante el primer apagón en nuestra área, que ocurrió alrededor de las 10:30 p. m., un cliente que usa 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 usó el sistema de respaldo para alimentar uno de los subpaneles de su hogar y no se dio cuenta de que había un corte de energía hasta que se agotó la batería.

La solución para ambos clientes fue eliminar algunos circuitos discrecionales de sus subpaneles de respaldo para que la batería durara toda la noche.

La salida de potencia máxima del inversor de la batería (en kilovatios) es la segunda razón del mito del respaldo para toda la casa.

La mayoría de los inversores de respaldo de batería fueron diseñados para servicios eléctricos domésticos de 200 amperios, lo que implica una salida de CA máxima de 7600 vatios cuando están conectados a la red. Cuando se alimentan de la batería (que tiene una tasa de descarga máxima limitada), estos inversores normalmente pueden proporcionar 5000 vatios de potencia de estado estable o 6000 vatios de potencia máxima (alrededor de 25 amperios).

Sin embargo, los requisitos de sobretensión de arranque momentáneo de un motor de bomba o de CA suelen ser 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, el aire acondicionado y la bomba de la piscina no se encenderán y ninguna de las cargas críticas recibirá energía.

Independientemente de estas limitaciones financieras, de potencia y de energía, un sistema solar y de respaldo bien diseñado puede proporcionar energía casi indefinidamente. Tres elementos de diseño son críticos.

En primer lugar, la capacidad de energía de la batería (kilovatios-hora) y la salida del inversor (kilovatios) deben adaptarse a las necesidades del hogar durante la noche cuando la batería está parcialmente descargada. En segundo lugar, la cantidad de circuitos de respaldo debe limitarse estrictamente para evitar alimentar demasiados dispositivos pequeños o aparatos grandes. En tercer lugar, el tamaño del sistema solar debería 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 al eliminar automáticamente las cargas durante un apagón. En la feria Solar Power International de 2019, las empresas exhibieron controles de electrodomésticos inteligentes y disyuntores que podrían desactivar automáticamente los electrodomésticos grandes. También se mostró la tecnología de panel eléctrico inteligente que podría administrar automáticamente todos los circuitos de una casa.

Para fines de 2019, habrá más de 10,000 hogares y negocios en California equipados con sistemas combinados de energía solar y batería de respaldo. A medida que estos sistemas se vuelvan menos costosos (tanto a través de reducciones de costos de equipos como de incentivos), se convertirán en la forma más conveniente y efectiva para que las personas se ajusten a la nueva normalidad de los cortes de energía por seguridad pública.

Sin mencionar la forma más limpia, segura y económica de reconstruir nuestra red eléctrica arcaica.

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Barry Cinnamon es director ejecutivo de Cinnamon Energy Systems de California.