Baterías de hidrógeno frente a baterías de iones de litio

Tanto las pilas de hidrógeno como las baterías de iones de litio se han identificado como prometedoras soluciones estacionarias de almacenamiento de energía para su integración con sistemas solares en tejados. Sin embargo, mientras que las baterías de iones de litio han sido ampliamente instaladas tanto por hogares como por empresas, las baterías de hidrógeno solo comenzaron a despegar en 2021 con los primeros despliegues comerciales del mundo por la startup LAVO, con sede en Australia.

Ambas tecnologías tienen sus pros y sus contras. Las pilas de hidrógeno tienen una eficiencia de ida y vuelta alrededor de un 40% menor que las de iones de litio, lo que se traduce en más pérdidas de energía que podrían repercutir en las importaciones a la red y en el costo de la electricidad para satisfacer la demanda energética. Por otro lado, las pilas de hidrógeno tienen una menor degradación de la capacidad y una mayor densidad energética que las de iones de litio. Esto les permite almacenar más energía durante más tiempo, lo que podría repercutir en la autosuficiencia y los periodos de amortización de los sistemas solares sobre tejado.

Los investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW), en Australia, han modelizado el funcionamiento de una pila de hidrógeno comercial acoplada a un sistema fotovoltaico sobre tejado, utilizando tarifas por tiempo de uso (ToU) y tarifas de alimentación solar, y han comparado su rendimiento con el de una pila comercial de iones de litio bajo un esquema solar y de arbitraje.

Evaluaron el rendimiento de las baterías comerciales de 13,5 kWh (LAVO y Tesla Powerwall 2) y de un sistema fotovoltaico sobre cubierta de 4,5 kW en seis escenarios diferentes. Su modelo tuvo en cuenta el envejecimiento de las baterías y la degradación de su rendimiento, y los resultados sugieren que tanto las baterías de hidrógeno como las de iones de litio pueden reducir la dependencia de la red y disminuir los costos de la electricidad al minimizar las importaciones de la red.

Los investigadores descubrieron que la pila de iones de litio supera a la de hidrógeno en una mejor utilización de la capacidad debido a las menores pérdidas de energía de ida y vuelta. “La batería de iones de litio genera mayores ingresos netos, con un periodo de amortización de 9 años antes en el esquema de arbitraje y de 1 año en el esquema solar, en comparación con la batería de hidrógeno”, señalan los investigadores, que explican que, en el esquema solar, las baterías se cargan y descargan en función de la demanda de electricidad y la disponibilidad de la generación fotovoltaica sobre cubierta.

La pila de hidrógeno consumía más energía que la de iones de litio en el arbitraje y en el esquema solar, por lo que los consumidores pagaban más a los minoristas de energía por hacer funcionar las pilas de hidrógeno en los sistemas fotovoltaicos solares sobre tejado. Además, la pila de hidrógeno generó menos ingresos que la pila de iones de litio en el marco de las tarifas ToU y solar, lo que contribuyó a alargar el periodo de amortización de la pila de hidrógeno.

Sin embargo, los investigadores también descubrieron que la pila de hidrógeno tiene una vida útil más larga, ya que soporta un 18% más de ciclos de carga y descarga que la pila de iones de litio. “Esto hace que la pila de hidrógeno sea adecuada para aplicaciones remotas que requieran un almacenamiento de energía de larga duración”, afirman los investigadores. Sin embargo, como se necesita agua para generar hidrógeno, las pilas de hidrógeno no son adecuadas para zonas con escasez de agua.

“Por tanto, la elección del sistema de baterías óptimo para un sistema fotovoltaico sobre tejado depende de la disponibilidad de recursos hídricos, las condiciones meteorológicas extremas y el equilibrio entre la preferencia por un mayor beneficio económico o una mayor vida útil del ciclo de la batería”, afirman los investigadores, que señalan que el esquema solar es la mejor opción para ambos tipos de baterías en un entorno residencial para generar el máximo beneficio económico.

Sus resultados se analizan en el artículo “Assessment of hydrogen and lithium-ion batteries in rooftop solar PV systems” (Evaluación de baterías de hidrógeno y iones de litio en sistemas solares fotovoltaicos en tejados), publicado en la revista Journal of Energy Storage.