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Concepto de la casa de energía

Publicado por Marcel van der Steen en Almacenamiento de energía, Energía eólica, Energía solar Añade comentarios

Recientemente visité un modelo de una casa de energía. Un equipo de la empresa OTB maufacturó varios dispositivos de ahorro de energía y de generación de energía renovable. Aplicando esos conceptos a una casa se puede crear una casa que auto-genera su energía necesaria; la casa de energía. Nótese que el concepto muestra que con esas técnicas en una casa no se necesita ninguna conección a la red de gas o de electricidad.

Y además, los dispositivos manufacturados utilizan tecnologías y técnicas ya existentes y disponibles en el mercado.

El concepto de la casa de energía de la empresa OTB se basa en una incubadora que demuestra la posibilidad de auto-generar su propia energía, la energía que se necesita para vivir en una casa (para cocinar, ducharse, electricidad para luces, música, vídeo, ordenador, electrodomésticos etc). Se utilizan placas solares, una micro turbina eólica y colectores solares. El almacenamiento de energía se hace con baterías o con un sistema de conversión de hidrógeno. La calefacción se logra con una bomba de calor.

Producción de energía

La casa de energía autogenera la energía necesaria (calor y electricidad) y por eso está desconectada de la red de electricidad y de la red de gas. El concepto tiene como modelo una casa construida eficientemente para generar su energía; como mínimo 2500 kWh de electricidad y 3300 kWh de calor, ambos por año. De los 2500 kWh de electricidad se genera 2/3 son generados con las placas solares en el tejado y 1/3 con la micro turbina eólica. La energía de calor es producida por colectores solares, que producen alrededor de 1500 kWh de energía de calor por año. Todavía se necesita 1800 kWh de calor, que se obtiene mediante una bomba de calor. Esa bomba de calor utiliza 300 kWh de energía eléctrica y la convierte en 1800 kWh de calor. La casa modelo es una casa en Holanda, de tamaño medio (375 m3) y para una familia promedio (2.4 personas).

Placas solares

La empresa OTB ha elegido para placas solares de la marca y tipo Sunpower 315. Éstas generan 2/3 de la necesidad anual de energía eléctrica. La Sunpower 315 tiene una calificación CEC PTC (según una prueba de una empresa norte-americana)  de 292 W-pico (Wp) y tiene una potencia de pico de 193 W/m2. En un área de 19 m2 es posible tener una instalación de 3667 Wp. En Holanda, las placas modernas tienen un factor de alrededor de 0.8 kWh/W-pico anualmente. Con 3667 Wp es posible generar 3667 x 0.8 = 2933 kWh de energía electrica (anual). Se necesitan 13 placas, y con un precio de 5 euro /Wp la inversión es de 18.335 euro.

Se han hecho muchas pruebas en OTB con diversos dispositivos de placas solares.

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Placas solares mono-cristalinas con colector solar integrado

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Placas solares amorfas de doble capa

Micro turbina eólica

Al principio la OTB intentó construir una turbina eólica pero finalmente se decidió por la micro turbina Swift de la empresa renewabledevices.com. La Swift debe generar por lo menos el 1/3 del total de energía eléctrica necesaria. Se calcula como mínimo 833 kWh por año con una velocidad media de viento de 4 m/s. El productor anuncia que la capacidad de la Swift puede subir a 2000 kWh por año (véase también las especificaciones de la Swift).
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Micro turbina Swift en el techo de la empresa OTB

Almacenamiento de energía

Para la OTB era muy importante demostrar la posibilidad y que no era absolutamente necesaria una conección fija a la red de electricidad. Considerando que el sol y el viento no están siempre disponible cuando queremos energía, es necesario almacenar energía generada con anterioridad. Con un sistema de generación y almacenamiento de energía muy cerca del lugar donde se la utiliza se puede demostrar su eficacia mediante los dos gráficos siguientes.

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Energía generada en un lugar central (legos), con el transporte y finalmente el consumo.También indicadas las pérdidas en cada proceso.

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Energía generada y almacenamiento muy cerca del lugar de consumo. Las pérdidas son muy pequeñas también utilizando nuevas tecnologías (iluminación con LED).

OTB ha investigado dos tipos de almacenamiento:

  • almacenamiento de hidrógeno
  • almacenamiento con pilas

Véase también la esquema siguiente:

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La esquema del concepto de la casa de energía

Hidrógeno

Se puede utilizar gas de hidrógeno como medio de almacenamiento de energía, utilizando el exceso de energía eléctrica para generarlo mediante un proceso llamado electrolisis. El gas se comprime mucho y se almacena en botones de gas. Cuando se necesita energía eléctrica es posible obtenerla mediante una pila de combustible que convierte el gas en electricidad. Es importante investigar el rendimiento de ese proceso.

OTB ha construido un sistema de electrolisis con un rendimiento de más de 90 %. El sistema es de doble capa con una potencia de 2 x 2.5 kWh.

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El dispositivo de prueba de electrolisis hecho por OTB

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El panel de control del dispositivo

El almacenamiento del gas se hace en las bombonas de gas, utilizando alta presión (> 200 Bar). Esta compresión necesita mucha energía y significa una gran fuente de perdida de energía.

El rendimiento de la pila de combustible es mayor del 50 %.

La búsqueda por una pila de combustible eficiente ha revelado que el modelo más utilizado, la pila PEM proveniente del sector de coches, no tiene una duración muy larga (alrededor de 1500 horas). Por eso OTB ha elegido un tipo de pila de alcalina, que ya se utilizaron para los vuelos Apolo de la NASA en los 60. Esa tecnología es estable y verificada. También la duración de un sistema basado en pilas alcalinas es mucho más larga. El rendimiento de los dos tipos de pilas es similar. La pila de OTB tiene una potencia eléctrica de 6 kW y una potencia térmica de 5.5 kW. Ese calor se puede utilizar como calefacción en la casa.

El rendimiento total se calcula: 92 % (electrolisis) x 55 % (compresión y almacenamiento) x 52 % (pila de combustible) = 26 %. Eso es el rendimiento total de electricidad. Con el último proceso (pila de combustible) se genera mucho calor, y cuando se utiliza este calor el rendimiento del sistema se incrementa.

Baterías

Según investigaciones la pila optima resultó ser la batería de plomo y ácido. Cuando se organiza bien todos los procesos del reciclaje (devolver, trasporte, desmontaje etc) , es posible reciclar hasta el 98 % de la batería. Además las baterías de plomo y ácido tienen el precio más bajo de almacenamiento por kWh. El peso de esas baterías es mucho mayor que el de las baterías de ion de litio pero para el uso doméstico no es un problema.

OTB ha hecho cálculos asumiendo que la necesidad de energía eléctrica de una casa bien construida (energéticamente) es entre unos 10 kWh por día. OTB también asumió que la necesidad de almacenamiento es de 3 semanas para garantizar con seguridad la obtención de electricidad en cualquier momento. La capacidad necesaria es más o menos 200 kWh. OTB ha elegido las Rolls deep-cycle baterías de 2 V / 3232 Ah cada uno.

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Disposición de prueba con 24 Rolls baterías de ciclo profundo.

Esas baterías tienen una garantía de 12 años, pero se asume que la vida media es mucho más larga. Durante la investigación de OTB encontraron un proyecto en Suiza donde se las utilizaron desde 1988. Y ahora 20 años después las baterías todavía tienen 88 % de la capacidad inicial.

El costo de esas baterías son de 14.000 euro.

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Los detalles de una batería de ciclo profundo Rolls

El rendimiento total de las baterías es de más de 75 %.

El almacenamiento de energía electrica en baterías es tres veces más eficiente que el rendimento del almacenamiento con sistema de hidrógeno (cuando no se considera el uso del calor que proviene del proceso de conversión del ultimo).

Calefacción

Se utiliza una bomba de calor para calefacción. Una bomba de calor moderna tiene una relación COP de 6. En el concepto de la casa de energía esa bomba consumirá 300 kWh de electricidad cada año y generará 6 x 300 kWh = 1800 kWh de energía térmica. Sumando con el 1800 kWh hace lo que necesitamos: 3300 kWh por año.

Casa

La casa necesita un aislante térmico muy bueno. Se debe considerar:

  • Aislante de suelo, pared y techo
  • Vidrio aislante
  • Suelo radiante (a temperatura baja)
  • Sistema de ventilación equilibrada (con recuperación de energía térmica)

El factor de EPC  (Energy Performance Certificate: certificado de eficiencia energética) debe ser 0.5 o menor. También la orientación de la casa (verso el Sur o verso el Norte) tiene su efecto.

Precio

El precio del sistema de la casa depende mucho de cómo está financiado y si se aplica el sistema en una casa nueva o en una ya existente. El sistema definido y descrito en este articulo, instalado en una casa ya existente costará alrededor de 50.000 euro.

Aplicándolo en muchas casas y optimizando el costo de los componentes se obtiendrán precios mucho más bajos.

Período de recuperación

Ese período depende de los precios de energía y el método de financiación. Lo importante es la larga duración de muchos componentes que son de estado sólido (que no se desgasten facilmente). El período de recuperación esperado es de unos 12 a 15 años.

Mini red

Lo que es más interesante es conectar eléctricamente muchas casas formando así una mini red. Se puede utilizar una turbina eólica más grande (y mucho mas eficiente) se puede utilizar. También se puede eligir una bomba de calor más grande y eficiente.

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La aplicación de muchas casas de energía en una mini red de electricidad

Conclusión

OTB ha demostrado la posibilidad de crear una casa de energía utilizando componentes que ya están disponibles en el mercado. Aplicándolos en una sola casa ya construida el período de recuperación es mas largo, entre 12 y 15 años.

Pero aplicando la solución en muchas casas conectando muchas casas con una mini red de electricidad, con al aumento de experiencia y con optimización en curso, se reducen los precios y el período de recuperación.

OTB está trabajando con varios organizaciones (gubernamentales) y empresas para continuar el desarrollo y la aplicación del sistema de auto generación, en la construcción de un nuevo barrio.

Una respuesta al “Concepto de la casa de energía”

  1. Concepto de la casa de energía Dice:

    [...] Concepto de la casa de energía http://www.olino.org/es/articles/2011/02/02/concepto-de-la-casa-... por jeroen8 hace 4 segundos [...]

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