Investigadores descubren que usar corriente continua en los hogares puede reducir hasta un 9,2% el consumo eléctrico.
- ⚡ Hasta un 9,2 % menos de electricidad consumida.
- ☀️ Conexión directa entre paneles solares, baterías y equipos domésticos.
- 🏠 Nanorredes eléctricas para viviendas y edificios de nueva construcción.
- 🔥 Bombas de calor en corriente continua, una pieza clave aún difícil de encontrar.
- 💰 Ahorros energéticos mayores que el beneficio económico actual en viviendas individuales.
- 🌍 Menos conversiones eléctricas, pérdidas y componentes electrónicos.
La transición energética suele medirse en gigavatios de energía renovable instalada, millones de vehículos eléctricos y capacidad de almacenamiento en baterías. Sin embargo, existe un problema mucho menos visible dentro de viviendas y edificios: buena parte de la electricidad limpia se transforma varias veces antes de llegar al aparato que finalmente la utiliza.
Un estudio desarrollado por investigadores de la Universidad Purdue, en Estados Unidos, ha analizado qué ocurriría al conectar directamente mediante corriente continua algunos de los principales componentes eléctricos de una vivienda.
Los resultados apuntan a que una pequeña red doméstica, o nanorred eléctrica, formada por paneles solares, una batería y una bomba de calor podría consumir hasta un 9,2 % menos de energía durante un año frente a una configuración convencional basada en corriente alterna.
No parece una revolución a primera vista. Pero al multiplicar esas pérdidas por millones de viviendas, edificios comerciales y sistemas de climatización electrificados, la escala cambia bastante.
Una casa electrificada sigue perdiendo energía en conversiones
Las redes eléctricas modernas fueron diseñadas alrededor de la corriente alterna (CA). Esta arquitectura permitió transportar electricidad a largas distancias y modificar fácilmente la tensión mediante transformadores, una ventaja decisiva durante la expansión de las redes eléctricas del siglo XX.
El problema aparece al observar el funcionamiento de una vivienda actual.
Los paneles fotovoltaicos producen corriente continua (CC). Las baterías almacenan electricidad en corriente continua. Los ordenadores, televisores, sistemas LED, equipos electrónicos y numerosos electrodomésticos funcionan internamente con corriente continua.
Incluso muchos motores modernos utilizados en climatización y electrodomésticos incorporan electrónica de potencia que termina trabajando con CC.
Pese a ello, la electricidad generada por los paneles solares se convierte habitualmente en corriente alterna mediante un inversor para alimentar la vivienda. Cuando se almacena en una batería puede volver a transformarse. Y muchos dispositivos realizan después otra conversión interna para utilizarla.
Cada transformación tiene una eficiencia elevada, pero nunca perfecta.
Ahí está el detalle.
Eliminar algunas de estas conversiones permitiría aprovechar una mayor proporción de la electricidad generada en el propio edificio, reducir pérdidas térmicas y simplificar determinadas instalaciones.
La bomba de calor se convierte en el elemento decisivo
Los investigadores centraron buena parte del trabajo en uno de los equipos con mayor consumo eléctrico de una vivienda electrificada: la bomba de calor.
Estas máquinas pueden proporcionar calefacción y refrigeración utilizando mucha menos energía que los sistemas basados en resistencias eléctricas o combustibles fósiles.
Además, su importancia está creciendo rápidamente.
La Agencia Internacional de la Energía considera las bombas de calor una tecnología fundamental para reducir el consumo de combustibles fósiles en los edificios. La Unión Europea también ha impulsado su despliegue mediante políticas de eficiencia energética, rehabilitación y electrificación de la calefacción.
Sin embargo, encontrar una bomba de calor doméstica preparada para conectarse directamente a una red de corriente continua resultó mucho más complicado de lo esperado.
Muchas bombas de calor modernas utilizan internamente motores y electrónica que funcionan con CC, pero los fabricantes las diseñan para conectarse a instalaciones convencionales de corriente alterna.
El equipo de Purdue tuvo que modificar una bomba de calor comercial para permitir su funcionamiento directo con corriente continua.
De las simulaciones a una vivienda habitada
Una de las aportaciones más interesantes de la investigación es que el análisis no quedó limitado a modelos informáticos.
La bomba de calor modificada fue probada primero en laboratorio bajo condiciones controladas. Posteriormente se instaló en una vivienda experimental completamente alimentada mediante corriente continua, ocupada por tres estudiantes de posgrado.
Los ensayos demostraron que una bomba de calor comercial adaptada podía funcionar con CC sin pérdida apreciable de prestaciones.
Los datos obtenidos se incorporaron después a un modelo energético de una vivienda equipada con paneles solares, batería doméstica y bomba de calor.
Los resultados mostraron diferencias claras.
Una bomba de calor comercial modificada para funcionar con corriente continua permitiría reducir aproximadamente un 8 % el consumo anual de electricidad.
Una bomba de calor diseñada desde fábrica específicamente para funcionar en una instalación de CC elevaría el ahorro energético hasta el 9,2 % anual.
El modelo también estimó una reducción de los costes energéticos del 12,5 % y del 16,7 %, respectivamente.
Ahorrar energía no significa que una reforma doméstica resulte rentable
Existe una diferencia importante entre demostrar una mejora energética y justificar económicamente una reforma.
Según los cálculos del estudio, el ahorro monetario para una vivienda individual sería de aproximadamente 51 € anuales, tomando como referencia la conversión aproximada de los 60 dólares indicados en la investigación.
Con estas cifras, sustituir el cableado de una vivienda existente o modificar una bomba de calor exclusivamente para trabajar con corriente continua difícilmente compensaría la inversión.
El mayor potencial aparece en otros escenarios.
Edificios nuevos, promociones residenciales con autoconsumo colectivo, centros de datos, instalaciones industriales, telecomunicaciones, viviendas aisladas y comunidades energéticas podrían integrar arquitecturas eléctricas híbridas desde la fase de diseño.
En esos casos, reducir conversiones, inversores y etapas electrónicas puede tener consecuencias económicas mucho más relevantes.
La corriente continua ya está regresando a determinados edificios
La utilización de corriente continua dentro de edificios no es una idea puramente experimental.
Los centros de datos y las infraestructuras de telecomunicaciones llevan años estudiando arquitecturas eléctricas de CC para mejorar la eficiencia y simplificar sus sistemas de alimentación.
También han surgido estándares para facilitar su despliegue.
La iniciativa Emerge Alliance ha desarrollado especificaciones para redes de corriente continua en edificios comerciales, mientras que el estándar USB Power Delivery ha extendido la alimentación en CC a ordenadores portátiles, monitores y numerosos dispositivos electrónicos.
Otro avance importante es la tecnología Power over Ethernet (PoE), capaz de transportar electricidad y datos mediante el mismo cableado. Actualmente se utiliza para alimentar cámaras, puntos de acceso inalámbricos, sensores, iluminación y dispositivos de automatización.
En Europa, la creciente implantación de edificios de energía casi nula, autoconsumo fotovoltaico y almacenamiento distribuido abre nuevas oportunidades para estas arquitecturas híbridas.
El futuro probablemente será híbrido: corriente alterna y continua compartiendo edificio
Reemplazar completamente las redes eléctricas actuales no tendría demasiado sentido.
La corriente alterna continúa siendo muy eficaz para transportar y distribuir electricidad mediante las infraestructuras existentes.
La corriente continua ofrece ventajas diferentes.
Funciona especialmente bien cuando la electricidad se genera, almacena y consume localmente.
Una vivienda con paneles solares, batería, iluminación LED, electrónica, cargadores, bomba de calor y vehículo eléctrico dispone de numerosos dispositivos vinculados internamente a la corriente continua.
Por eso, una arquitectura híbrida podría resultar más razonable.
La red eléctrica convencional seguiría alimentando el edificio mediante CA, mientras una red interna de CC conectaría determinados equipos, baterías y sistemas fotovoltaicos.
Cada tecnología donde resulta más eficiente.
Los vehículos eléctricos podrían acelerar este cambio
Existe otro elemento que puede impulsar las redes domésticas de corriente continua: el vehículo eléctrico.
Las baterías de estos automóviles almacenan electricidad en CC.
Actualmente, la recarga doméstica habitual utiliza corriente alterna y el cargador interno del vehículo se encarga de convertirla.
Los cargadores rápidos realizan la conversión fuera del vehículo y suministran directamente corriente continua a la batería.
En una vivienda equipada con paneles solares, almacenamiento doméstico y vehículo eléctrico, una red interna de CC permitiría reducir determinadas conversiones entre generación, almacenamiento y consumo.
La expansión de tecnologías como la carga bidireccional V2H y V2G, que permiten utilizar la batería del automóvil para alimentar una vivienda o apoyar la red eléctrica, aumenta el interés por desarrollar sistemas capaces de gestionar estos flujos energéticos de forma eficiente.
El gran obstáculo está en los equipos disponibles y la estandarización
La experiencia del equipo de Purdue revela uno de los principales problemas para desarrollar edificios en corriente continua.
Faltan equipos comerciales.
Bombas de calor, electrodomésticos, sistemas de climatización y otros dispositivos siguen diseñándose para instalaciones convencionales de CA, aunque internamente utilicen corriente continua.
También existen desafíos relacionados con la protección eléctrica, los conectores, los niveles de tensión y la interoperabilidad entre fabricantes.
La desconexión de circuitos de corriente continua requiere dispositivos específicos debido a que el arco eléctrico puede mantenerse durante más tiempo que en sistemas de corriente alterna.
Por esta razón, cualquier expansión significativa de estas redes necesitará normas técnicas claras, protecciones adecuadas y componentes diseñados expresamente para trabajar con CC.
Más información: Laboratory and field testing of a residential heat pump retrofit for a DC solar nanogrid – ScienceDirect
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