Los sistemas residenciales de energía solar más almacenamiento están creciendo rápidamente, impulsados en gran medida por la demanda de energía de respaldo de los clientes. Al mismo tiempo, los patrones de consumo de energía residencial están cambiando a medida que los hogares se vuelven más eficientes energéticamente, a medida que los dispositivos inteligentes permiten un control más dinámico de los electrodomésticos y equipos, y a medida que los clientes cambian a bombas de calor y otros usos finales eléctricos. ¿Cómo impactan estas últimas tendencias en el consumo de energía residencial el potencial del almacenamiento solar+en aplicaciones de energía de respaldo?
Esa pregunta se aborda en un nuevo informe del Berkeley Lab, Solar+Storage for Household Back-up Power: Implicaciones de la eficiencia de los edificios, la flexibilidad de carga y la electrificación para respaldo durante interrupciones de energía de larga duración. El informe es el segundo de una serie de estudios desarrollados en colaboración con el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL), que analizan los sistemas solares fotovoltaicos y de almacenamiento de energía (PVESS) utilizados como energía de respaldo. Si bien el estudio anterior caracterizó las capacidades de energía de respaldo de PVESS en el contexto del parque de edificios existente, el último estudio explora cómo esas capacidades pueden evolucionar a medida que los hogares se vuelven progresivamente más eficientes, flexibles y electrificados. Ambos estudios se centran en el potencial técnico (más que en la economía) de la energía de respaldo PVESS durante interrupciones de energía de larga duración (>1 día), aunque otros trabajos recientes y en curso en Berkeley Lab han explorado la energía de respaldo PVESS para interrupciones de energía de corta duración. (e impredecibles) eventos.
Este último estudio aprovecha la plataforma de modelado de edificios ResStock de NREL para crear distribuciones estadísticamente representativas del parque de edificios existente en diez ubicaciones en los EE.UU. Luego, el análisis muestra cómo la cantidad de almacenamiento de batería necesaria para la energía de respaldo aumenta o disminuye a medida que se aplican una serie de medidas de eficiencia energética, flexibilidad de carga y electrificación en los hogares de cada región.
Proporcionar energía de respaldo a las cargas de calefacción y refrigeración puede aumentar significativamente la cantidad de almacenamiento de batería necesaria.
Cuando las cargas de calefacción y refrigeración se excluyen del respaldo, un PVESS con solo 15 kWh de almacenamiento de batería podría proporcionar energía de respaldo durante una interrupción de 3 días para la mayoría de los hogares en cada una de las ubicaciones estudiadas. Sin embargo, si también se proporciona energía de respaldo a las cargas de calefacción y refrigeración, es posible que se necesite una batería significativamente más grande. Entre las viviendas del parque de edificios básico (actual), se necesitarían baterías de tamaño medio de 40 a 90 kWh en la mitad de las ubicaciones. Estas tienden a ser ubicaciones calurosas con grandes cargas de refrigeración y/o ubicaciones con una cantidad significativa de calefacción de resistencia eléctrica ineficiente en el parque de edificios existente. El enfoque principal de este estudio es el respaldo de carga crítica que incluye calefacción y refrigeración, ya que esas son típicamente las cargas y se ven significativamente afectadas por la eficiencia del edificio, la flexibilidad de la carga y la electrificación.
Las medidas de eficiencia de la construcción y flexibilidad de carga pueden reducir significativamente el tamaño requerido de la batería.
Las mejoras de eficiencia incluidas en el análisis consisten principalmente en medidas de aislamiento y sellado de aire, mientras que la principal medida de flexibilidad de carga es un modesto ajuste del punto de ajuste del termostato (de 5 a 6 grados) durante la interrupción del suministro eléctrico. Como era de esperar, las medidas de eficiencia y flexibilidad de carga reducen el tamaño requerido de la batería, particularmente en lugares calurosos y para hogares en lugares fríos de invierno con calefacción eléctrica. Entre las diez ubicaciones del estudio, el mayor efecto se observó en Dallas-Forth Worth (DFW), donde las medidas de eficiencia y flexibilidad de carga juntas reducen el tamaño medio requerido de la batería en aproximadamente 50 kWh.
Las modernizaciones de las bombas de calor pueden aumentar o reducir el tamaño requerido de la batería, según el clima y los equipos de calefacción y refrigeración existentes.
En climas cálidos, las bombas de calor eficientes pueden reducir significativamente el tamaño del almacenamiento al reemplazar unidades de equipos de aire acondicionado ineficientes. Esto se puede ver, con el mayor efecto en Phoenix, donde las modernizaciones de las bombas de calor reducen el tamaño medio de la batería en aproximadamente 30 kWh. Aunque no se muestran aquí, las bombas de calor también reducen drásticamente el tamaño de almacenamiento requerido para los hogares en lugares fríos de invierno cuando reemplazan la calefacción basada en resistencia eléctrica. Sin embargo, para los hogares con calefacción fósil en climas fríos, la modernización de las bombas de calor puede requerir cantidades significativamente mayores de almacenamiento en baterías como energía de respaldo.
Esos impactos pueden mitigarse hasta cierto punto con la eficiencia del edificio y la flexibilidad de carga y, por supuesto, también conservando los sistemas de calefacción existentes a base de fósiles para uso ocasional durante las interrupciones del suministro eléctrico. Como se analiza en el informe, estos impactos también son sensibles a la configuración específica de la bomba de calor.
Las otras medidas de electrificación de edificios analizadas tienen impactos relativamente pequeños en el tamaño de la batería de respaldo.
El estudio también consideró casos en los que todas las casas están equipadas con calentadores de agua con bomba de calor, estufas de inducción, hornos eléctricos y secadoras con bomba de calor (aunque se proporciona energía de respaldo a las secadoras solo en escenarios de respaldo para toda la casa). Esas medidas pueden conducir a un aumento o una disminución en el tamaño requerido de la batería, dependiendo de si las medidas están reemplazando los electrodomésticos de origen fósil o los electrodomésticos menos eficientes. Sin embargo, en cualquier caso, los impactos son relativamente pequeños, dado el tamaño relativamente pequeño de estas cargas, en comparación con la calefacción y refrigeración de espacios. El informe no considera la energía de respaldo para los vehículos eléctricos (EV), aunque sí analiza el papel de los cargadores de vehículos eléctricos bidireccionales como una posible tecnología habilitadora para la energía de respaldo PVESS, particularmente en los casos en los que se requerirían cantidades relativamente grandes de almacenamiento.
La eficiencia, la flexibilidad de carga y (en climas invernales templados) las bombas de calor amplían significativamente el mercado al que se dirige la energía de respaldo PVESS.
Hoy en día, el PVESS residencial suele incluir entre 10 y 30 kWh de almacenamiento en batería. Un sistema en el extremo superior de ese rango de tamaño podría proporcionar energía de respaldo durante una interrupción del suministro eléctrico de 3 días a una parte de todos los hogares en cada ubicación. Para el parque de edificios de referencia, ese porcentaje varía ampliamente, desde el 6% de las viviendas en Phoenix hasta el 90% de las viviendas en Los Ángeles. Mediante la combinación de ajustes de los puntos de ajuste del termostato, mejoras en la eficiencia de la envolvente de los edificios y (en climas invernales suaves) modernizaciones de las bombas de calor, este mercado direccionable puede aumentar a al menos ~60% de los hogares en las diez regiones del estudio realizado.
El informe completo proporciona una gran cantidad de detalles y resultados adicionales, incluida la distribución completa del tamaño de las baterías en todo el parque de edificios en cada ubicación, así como casos de sensibilidad para condiciones de interrupción alternativas (por ejemplo, condiciones climáticas más o menos extremas y duraciones de interrupción que van desde 1 a 7 días) y definiciones de carga crítica alternativas (incluido un caso de carga crítica más limitado y respaldo para toda la casa).
Agradecemos a la Oficina de Tecnologías de Energía Solar del Departamento de Energía de EE. UU. por su apoyo a este trabajo, así como a los miembros del grupo asesor técnico externo que brindaron orientación y comentarios invaluables sobre este análisis. https://emp.lbl.gov/publications/solarstorage-household-back-power
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