Hidrógeno alimentado por energía fotovoltaica sin conexión a la red frente a energía solar autónoma más almacenamiento

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Un grupo de investigadores de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Alemania ha estudiado cómo los sistemas FV-electrolizador-célula de combustible podrían sustituir a los sistemas de energía solar más almacenamiento como soluciones de suministro eléctrico autónomo para la electrificación descentralizada fuera de la red y ha descubierto que la variante de célula de combustible podría proporcionar una potencia significativamente más barata y unos costos de energía almacenada más bajos que la combinación de energía solar más almacenamiento.

Los científicos estudiaron la posibilidad de instalar ambas configuraciones en un edificio académico de dos plantas y 14 habitaciones situado en Niamey (Níger). La radiación media anual es de unos 2000 kWh/m2.

El edificio utiliza 19 aparatos de aire acondicionado, 75 lámparas, 23 ventiladores, 26 ordenadores, 2 portátiles, 4 videoproyectores, 1 televisor, 5 impresoras, 2 frigoríficos, 2 fotocopiadoras, 3 escáneres y 1 lámpara exterior. «Las horas de funcionamiento de todos los aparatos son entre las 06:00 y las 21:00, excepto los frigoríficos, la lámpara exterior y la carga en espera», especifican los científicos, que señalan que la carga nominal durante es constante, en torno a 66,8 kW. «Como el edificio cierra los domingos, durante el día sólo se tienen en cuenta la carga del frigorífico y la carga de reserva».

El sistema de hidrógeno fotovoltaico consta de un panel solar de 150 kW, un electrolizador de membrana de intercambio polimérico (PEM) de 50 kW, un depósito de hidrógeno con una capacidad total de almacenamiento de 50 kg, una pila de combustible de 20 kW y una batería de 5 kWh que cubre una pequeña carga durante la noche por motivos prácticos. «Cada día, la batería se cargaría por completo antes de producir hidrógeno, lo que garantizaría la disponibilidad de electricidad suficiente durante la noche», destacó el grupo. «La cantidad de hidrógeno restante al final del día tras el funcionamiento de la pila de combustible se acumulará en depósitos cada día».

El rendimiento de este sistema de hidrógeno se comparó, mediante una serie de simulaciones, con el de un homólogo autónomo de energía solar más almacenamiento compuesto por un conjunto fotovoltaico de 150 kW, un sistema de almacenamiento en baterías de 513 kWh y un sistema de gestión de la energía. El análisis tuvo en cuenta la estructura general de costos de los sistemas, el costo nivelado de la energía (LCOE, por sus iniciales en inglés) y el costo nivelado del almacenamiento (LCOS) de ambos sistemas, así como el costo nivelado del hidrógeno del sistema fotovoltaico-electrolizador-pila de combustible.

El análisis económico demostró que el sistema de hidrógeno alimentado por energía fotovoltaica es una «opción óptima» frente al sistema clásico de baterías fotovoltaicas, a pesar de sus costos iniciales ligeramente superiores. «Aunque el sistema de almacenamiento en baterías suministra una cantidad de electricidad ligeramente superior a la del sistema de almacenamiento en hidrógeno, la diferencia es marginal en comparación con la mayor rentabilidad de la opción del hidrógeno», afirman los científicos.

Descubrieron que el sistema de hidrógeno lograba un LCOE de 0,12 euros (13,1 dólares)/kWh y un LCOS de 0,35 euros/kWh, mientras que el sistema solar más almacenamiento alcanzaba valores de 0,17 euros/kWh y 0,71 euros/kWh. El LCOH de la instalación de hidrógeno también osciló entre 8,21 euros/kg y 4,78 euros/kg.

La razón del mejor rendimiento del sistema de hidrógeno fotovoltaico se atribuyó al costo relativamente elevado de la batería del sistema durante la vida útil del proyecto. «Teniendo en cuenta los futuros retos de fabricación asociados al sistema de almacenamiento en batería, invertir hoy en el sistema de almacenamiento de hidrógeno podría ser una opción favorable», afirmaron los investigadores. «A partir de los resultados de este estudio, puede concluirse que el proyecto propuesto puede instalarse de forma viable en el emplazamiento elegido».

Sus conclusiones pueden consultarse en el estudio «Standalone electricity supply system with solar hydrogen and fuel cell: Possible to get rid of storage batteries?» (Sistema de suministro eléctrico autónomo con hidrógeno solar y pilas de combustible: ¿Es posible prescindir de las baterías de almacenamiento?), publicado recientemente en la revista International Journal of Hydrogen Energy. «El mensaje coherente que se desprende de estos resultados es la viabilidad económica de la producción de hidrógeno y su utilización para aplicaciones de almacenamiento de electricidad», concluyen los académicos.

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