El sueño de los vehículos eléctricos con batería solar

Fuente: https://www.pv-magazine.com/

El fabricante israelí de inversores SolarEdge se ha expandido a la carga de vehículos eléctricos, junto con otros productos.

Foto de : SolarEdge

Cargar un vehículo eléctrico con una batería solar doméstica es una propuesta atractiva, ya que puede optimizar el consumo individual y mejorar las credenciales medioambientales de la propiedad de un automóvil. Sin embargo, determinar la economía de la energía solar doméstica, las baterías y los vehículos eléctricos es una tarea compleja. Hay múltiples factores a considerar, la mayoría de los cuales dependen de la geografía y los mercados eléctricos.

«Los vehículos eléctricos normalmente no están disponibles para absorber el exceso de electricidad durante las horas pico de generación solar, por lo que se necesita una batería estacionaria para hacerlo», dice Nelson Nsitem, analista del equipo de almacenamiento de energía de la empresa de datos empresariales BloombergNEF (BNEF). “Sin embargo, las baterías residenciales son caras, por lo que se necesitarían bastantes cosas para que funcionen. Esto incluye un consumo anual muy alto de electricidad, un gran exceso de generación solar para pasar a la noche, tarifas de alimentación bajas o nulas que pagan el exceso de generación solar devuelta a la red y tarifas minoristas de electricidad por tiempo de uso (ToU). «

Algunos mercados parecen cumplir todos los requisitos. Investigadores de la Universidad de Australia del Sur (UniSA) han calculado que los propietarios de viviendas que cargan sus vehículos eléctricos durante el día con energía solar y un sistema de almacenamiento de energía de batería (BESS) pueden ahorrar hasta un 39,6% en costos anuales de energía, en comparación con los propietarios de automóviles de gasolina.

Los investigadores analizaron configuraciones que incluían tarifas ToU y cargas reales, y datos de generación fotovoltaica de hogares del sur de Australia, variando la demanda de carga diaria, la capacidad y los costos solares y BESS, y los límites de exportación de energía. «Para los automovilistas con plazas de aparcamiento privadas, la carga en casa es la opción más cómoda, pero para aquellos que todavía dependen totalmente de la red eléctrica para obtener energía, los costes podrían aumentar significativamente», afirmó el profesor Mahfuz Aziz cuando se publicó el artículo de investigación.

Ahorros de energía

Los investigadores de la UniSA calcularon que cuando se añadían paneles solares, se importaba alrededor de un 20% menos de energía de la red y, con baterías, la cifra rondaba el 83%. Cuando se agregaron los vehículos eléctricos, la cantidad de energía consumida aumentó significativamente, pero el consumo de la red se pudo reducir en aproximadamente un 89%.

«Nuestros resultados demuestran que los hogares con coches de gasolina pueden reducir sus costes energéticos anuales en un 6,71% utilizando paneles solares y en un 10,38% añadiendo un sistema de baterías», afirmó Aziz. “Reemplazar los automóviles de gasolina por vehículos eléctricos puede reducir los costos energéticos anuales en un 24% y un 32%, respectivamente. La reducción más significativa (39,6%) se puede lograr con la carga fuera de las horas pico”.

En países con tarifas eléctricas baratas específicas para vehículos eléctricos, la ecuación cambia.

«El costo de la electricidad en estos momentos es significativamente más barato que la electricidad de tarifa normal y, por lo tanto, reduce el beneficio de usar su propia electricidad solar», dice Ryan Fisher, analista principal de carga de vehículos eléctricos de BNEF.

Por ejemplo, la tarifa de carga de vehículos eléctricos Anytime de OVO Energy en el Reino Unido es de 0,10 GBP (0,13 dólares)/kWh. Esto se compara con una tarifa eléctrica promedio de 0,35 GBP/kWh a 0,40 GBP/kWh, además de la promesa del proveedor de energía de calcular el momento más ecológico para cargar desde la red, dentro de los límites establecidos por los clientes.

«Si tomamos un promedio de 3 MWh por año, y decimos que todo eso se evitó mediante el uso de energía solar doméstica, y que no hubo pérdidas, eso requeriría una gran parte de la producción solar anual para un sistema solar de 5 kW, estima digamos alrededor de 4,5 MWh al año”, afirma Fisher de BNEF. “Por lo tanto, sólo se evitarían 300 libras esterlinas al año, o 3.000 libras esterlinas en diez años. La instalación de un sistema de batería residencial cuesta más bien 10.000 libras esterlinas”.

Aprender haciendo

Sin embargo, existen otras razones por las que los propietarios podrían querer almacenamiento residencial.

«Algunas personas quieren tener energía de respaldo y otras simplemente están dispuestas a pagar más para asegurarse de consumir su propia energía solar», dice Nsitem. También se puede aplicar la acumulación de ingresos. El uso de energía solar barata para cargar vehículos eléctricos puede complementar el uso de energía solar almacenada en baterías durante los períodos de mayor precio de la red. Agregue los pagos de participación en plantas de energía virtuales (VPP), como los $2/kWh pagados a los miembros californianos del VPP de Tesla, y los ahorros en las facturas pueden sumarse.

En 2021, la universidad Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (RWTH) de Aquisgrán realizó una encuesta en 8.000 hogares en Baden-Württemberg, en el suroeste de Alemania. Los resultados mostraron que entre el 30% y el 35% de los hogares tenían energía solar, una batería estacionaria y un vehículo eléctrico. Desde entonces, los altos precios de la electricidad, la creciente adopción de vehículos eléctricos y la tendencia a instalar baterías junto con la energía solar probablemente hayan aumentado la cifra.

Los anuncios de productos reflejan la tendencia. En julio, Tesla agregó una función de “carga solar” a su aplicación Powerwall que permite a los propietarios cargar automáticamente los vehículos eléctricos desde su batería solar.

Sin embargo, la mayoría de los sistemas de gestión de carga de vehículos eléctricos no pueden comunicarse directamente con las baterías estacionarias. Por otro lado, los fabricantes de inversores solares como SolarEdge, Fronius, Growatt, SMA y Sungrow –así como proveedores de baterías como Sonnen, Senec y Solarwatt– ofrecen plataformas que reconocen las baterías domésticas cuando se combinan con fotovoltaica y su sistema eléctrico patentado. -cargadores de vehículos.

A medida que los hogares continúen electrificándose, es probable que la integración de todos los puntos finales de energía se convierta en un estándar de la industria. Dada la importancia de la interoperabilidad, resulta ventajoso que los dispositivos sean proporcionados por un solo fabricante. Las aplicaciones separadas y el hardware inconexo pueden complicar las cosas para los propietarios.

«Con el tiempo, es probable que las empresas descubran formas de integrar más componentes electrónicos de energía para la energía solar, el almacenamiento residencial y el cargador de vehículos eléctricos, lo que puede ayudar con el negocio», dice Fisher de BNEF.

El enigma de la eficiencia

Teniendo en cuenta la capacidad de almacenamiento de la mayoría de las baterías domésticas y de vehículos eléctricos, parece extraño utilizar dispositivos estacionarios con, en promedio, cinco veces menos capacidad para cargar los de los automóviles.

«La batería de casa no sabe si está funcionando con otra batería o con la lavadora», afirma Gautham Ram, profesor asistente de movilidad eléctrica en la Universidad Tecnológica de Delft (TU Delft). “Mientras produzca la misma cantidad de potencia y energía y el mismo número de ciclos y profundidad de descarga, el envejecimiento será similar. Al mismo tiempo, debes aceptar que compras una batería porque deseas realizar ciclos con frecuencia, por lo que la degradación de la batería es parte del problema. Sin embargo, dado que los vehículos eléctricos y las bombas de calor son cargas flexibles, tendría más sentido utilizar la batería doméstica para cargas menos flexibles y reducir el envejecimiento de esta batería mediante un control de energía inteligente”.

Algunas baterías residenciales que se ofrecen hoy en día prometen alrededor de 10.000 ciclos de carga durante un período de garantía de 10 años. La distancia media de viaje de un vehículo eléctrico de 40 km por día corresponde a 7 kWh de energía de carga, menos de lo que una batería doméstica grande podría almacenar en un día soleado.

“Supongamos que la carga de vehículos eléctricos añade el 50% de un ciclo completo por día a un sistema de 14 kWh durante el verano. En un año, esto suma unos 100 ciclos completos, sumados al mismo número de ciclos de la casa, esto equivale a 200 ciclos completos”, explica Jan Figgener, jefe de integración de red y análisis de sistemas de almacenamiento en RWTH Aachen. “Incluso si se alcanzan 300 en lugar de 200 ciclos por año, los 3.000 ciclos completos en 10 años siguen estando muy por debajo de la mayoría de las condiciones de garantía. En la mayoría de los casos, no necesitará todos los ciclos que establece la garantía, porque el envejecimiento calendario determinará la vida útil del producto. Las baterías envejecen incluso cuando no están en funcionamiento, del mismo modo que envejecemos mientras dormimos”.

La limitación tampoco reside en la instalación fotovoltaica. Si bien está claro que el conjunto debe ser lo más grande posible para maximizar los beneficios del autoconsumo, un sistema típico de 10 kW podría ser suficiente para cargar tanto los vehículos eléctricos como el almacenamiento doméstico.

Cargas diferentes

«Una casa grande puede necesitar alrededor de 5 kWh durante la noche y un vehículo eléctrico podría necesitar 7 kWh para el viaje diario promedio, lo que suma 12 kWh», dice Figgener. “Solo necesitas un par de horas para producir esto en un día soleado. La eficiencia de la carga de vehículos eléctricos depende de la electrónica de potencia, que muestra una alta eficiencia a alta potencia y una baja eficiencia a baja potencia. Aquí surge un conflicto entre la demanda de energía del vehículo eléctrico y la casa”.

La carga de vehículos eléctricos requiere mayor potencia, en el rango de kilovatios. Sin embargo, el consumo doméstico suele rondar los doscientos vatios durante la noche. Si un vehículo eléctrico se carga únicamente con la batería estacionaria, el gran inversor necesario provocaría, en consecuencia, grandes pérdidas y cubriría el consumo de energía del hogar.

«El mejor resultado sería cargar el vehículo eléctrico directamente desde el sistema fotovoltaico y esto sólo debería ser necesario una o dos veces por semana», afirma Figgener. «La mayor potencia fotovoltaica se adapta bien a la demanda de vehículos eléctricos y se evitan pérdidas de eficiencia de ida y vuelta del sistema de almacenamiento doméstico».

En tal caso, la batería residencial podría ser más pequeña y solo se usaría como respaldo para cargar el vehículo eléctrico. Su objetivo principal seguiría siendo cubrir las cargas domésticas.

Hay otras formas de hacer que la sinergia entre energía solar, baterías y vehículos eléctricos sea menos frictiva. Según Ram de TU Delft, una forma óptima de mejorar la eficiencia es integrar todo en el lado de CC con un solo inversor. En una configuración de este tipo, cuando la energía pasa de la energía solar a la batería doméstica, no es necesario convertirla a CA y luego volver a CC para cargar la batería del vehículo eléctrico.

«El acoplamiento de CC puede mejorar la eficiencia de conversión de energía entre un 5 % y un 10 % dependiendo de si la energía es alta o baja», dice Ram.

Con solo un inversor necesario en esta configuración, en lugar de tres, la inversión en costos de capital de todo el sistema sería mucho menor.

“Con la integración de CC en la que estamos trabajando en TU Delft y las nuevas tecnologías de electrónica de potencia basadas en carburo de silicio, podemos llevar la eficiencia de ida y vuelta a nuevos máximos, especialmente a menor potencia, así como ahorrar en gastos de capital [capital]. gasto]”, dice Ram. «Sin embargo, también debemos pensar en la carga bidireccional, que puede compensar la inversión en el paquete de baterías adicional y ofrecer el mismo o más valor al hogar».