La carga fotovoltaica (FV) consiste en convertir directamente la luz solar en energía, un sistema que gana popularidad con rapidez en los vehículos eléctricos (VE).
Un equipo de investigación ha analizado recientemente en qué medida los propietarios de VE pueden cargar sus coches con la energía de su propio sistema FV.
Como la carga tiene que producirse durante el día, no es descabellado suponer que esto podría ser un fallo importante del sistema.
Sin embargo, los investigadores comprobaron que, en determinadas circunstancias, la energía FV podría utilizarse para cargar los VE el 90 % del tiempo.
Un coche eléctrico que funciona con energía FV suena atractivo. Pero ¿es realmente posible disfrutar de flexibilidad con un vehículo cargado a través de un sistema fotovoltaico doméstico? Un equipo de investigación de la ETH ha llegado a algunas conclusiones sorprendentes.
El campo de la energía fotovoltaica (FV) gana popularidad con rapidez y, en Suiza, ya cubre el 5 % del consumo eléctrico del país. La electromovilidad también experimenta un fuerte crecimiento: en la actualidad circulan por las carreteras suizas 70.000 vehículos eléctricos puros, además de 200.000 híbridos. Martin Raubal, catedrático de Ingeniería de Geoinformación de la ETH Zúrich, celebra este avance: «El sector de la movilidad es responsable de aproximadamente un tercio de los gases de efecto invernadero en Suiza. La electromovilidad es una forma de reducir las emisiones de CO2 del transporte».
La energía solar y la e-movilidad: una combinación perfecta
Un equipo de investigación dirigido por Raubal ha reunido ahora el crecimiento de la energía fotovoltaica y la electromovilidad en un enfoque hipotético. Los científicos querían saber en qué medida los propietarios de coches eléctricos pueden cargar sus vehículos con la energía de su propio sistema fotovoltaico sin restringir el uso de su coche más de lo que lo harían con la carga convencional con electricidad de red. Muchas personas son escépticas ante el concepto de carga con energía FV: «¿Cómo puedo usar mi coche eléctrico si tiene que cargarse durante el día, mientras brilla el sol?», es una respuesta habitual.
El estudio de los investigadores de la ETH contribuye en gran medida a rebatir este escepticismo: «Nuestros resultados demuestran que los propietarios de vehículos eléctricos pueden usar sus coches sin restricciones particulares, cargándolos en gran medida con su propia energía fotovoltaica, incluso sin almacenamiento intermedio», afirma Henry Martin, al resumir el principal resultado del estudio. Martin es doctorando en el Instituto de Cartografía y Geoinformación de la ETH Zúrich y realiza investigaciones en el Instituto de Investigación Avanzada en Inteligencia Artificial (IARAI) de Viena. El estudio de los científicos de la ETH acaba de publicarse en la prestigiosa revista Renewable & Sustainable Energy Reviews.
Cálculo del rendimiento de la energía solar
El estudio se centró en 78 usuarios de movilidad eléctrica, que generalmente vivían en una vivienda unifamiliar y utilizaban a menudo sus vehículos durante el día. Su comportamiento se registró meticulosamente durante 10 meses, lo que permitió a los investigadores de la ETH saber cuándo se conducían los coches eléctricos, cuándo estaban parados y cuándo se cargaban. Los datos de los usuarios procedían del proyecto «SBB Green Class», en el que particulares podían adquirir un paquete de movilidad compuesto por un abono general GA y un coche eléctrico, incluida una estación de carga privada.
La mayoría de los propietarios cargaba sus coches eléctricos en su estación de carga doméstica con electricidad de red. ¿Habrían podido usar sus coches con la misma flexibilidad si los hubieran cargado con la energía de su propio sistema FV? Para responder a esta pregunta, el colega investigador de Martin, René Buffat, equipó las viviendas de los 78 propietarios de vehículos eléctricos con un sistema FV hipotético: identificó las casas a partir de sus direcciones, reconstruyó la superficie disponible de los tejados con datos geoespaciales y la cubrió virtualmente con paneles solares. Utilizando datos meteorológicos históricos con una resolución de 30 minutos, Buffat calculó el rendimiento potencial de la energía solar, teniendo en cuenta factores como la sombra de los edificios y árboles vecinos.
Diferentes estrategias de carga
Basándose en este cálculo modelo, los investigadores de la ETH pudieron determinar cuánta energía FV estaba disponible para cada propietario de coche eléctrico en cada momento para cargar su vehículo. Partieron del supuesto de que la energía se utilizaría principalmente para cargar el vehículo eléctrico. La potencia máxima de carga en el modelo era de 11 kilovatios (kW). Según la vivienda, los sistemas FV tenían una potencia máxima de 5 a 25 kW, lo que normalmente bastaba para cargar el coche a plena potencia con sol.
Para cuatro estrategias de carga diferentes, los investigadores calcularon la proporción de energía FV doméstica necesaria para cargar los coches eléctricos sin ningún cambio en el comportamiento de movilidad de los usuarios. En el primer caso, se cargaban al mismo tiempo que antes con electricidad de red, pero ahora con energía FV, si estaba disponible. El resultado fue desalentador: de media, la energía FV solo cubría el 15 % de las necesidades anuales de electricidad (el resto procedía de la red eléctrica).
La segunda estrategia de carga, en la que un control inteligente sencillo (carga inteligente) garantizaba que la batería se cargara siempre que hubiera energía FV doméstica disponible, arrojó un resultado distinto. En este caso, más de la mitad (56 %) de las necesidades de electricidad se cubrió con energía FV doméstica, sin necesidad de almacenamiento temporal. «Nos sorprendió la alta proporción», afirma Martin. «La carga inteligente puede aumentar significativamente el consumo doméstico de energía fotovoltaica, y el vehículo puede utilizarse con la misma flexibilidad que si se cargara con electricidad de red».
La carga inteligente es el futuro
Si se aprovecha de forma constante el potencial del control inteligente (la tercera estrategia de carga), los vehículos eléctricos pueden incluso cargarse con energía FV doméstica hasta el 90 % del tiempo. Si la energía FV se almacena en una unidad de almacenamiento (cuarta estrategia de carga), los vehículos pueden circular casi exclusivamente con energía solar. Sin embargo, los investigadores de la ETH tienen una postura ambivalente respecto al almacenamiento intermedio. Aunque el consumo doméstico de energía FV verde puede aumentarse ligeramente, el balance de sostenibilidad del sistema de carga en su conjunto se ve afectado por el hecho de que la producción de unidades de almacenamiento de electricidad genera cantidades relevantes de CO2.
«Nuestro estudio de caso demuestra el potencial de la carga inteligente para un suministro descentralizado y compatible con la red de energía renovable que hasta ahora se ha explotado muy poco», afirma Raubal. Su grupo de investigación trabaja actualmente en el desarrollo de estrategias de aprendizaje automático con el objetivo de predecir el rendimiento FV y el comportamiento de los usuarios con la mayor precisión posible. Estas estrategias constituyen la base del desarrollo de algoritmos de carga inteligente que, según se espera, pronto se utilizarán de forma estándar en las estaciones de carga para vehículos eléctricos.
