Un grupo internacional de investigación ha simulado el acoplamiento de paneles fotovoltaicos bifaciales con pilas de combustible reversibles (RFC) de membrana de intercambio protónico (PEM) para suministrar energía a edificios comerciales.
La simulación se llevó a cabo en cinco lugares de Estados Unidos: Tucson (Arizona), Los Ángeles (California), Denver (Colorado), Dallas (Texas) y Minneapolis (Minnesota).
«Uno de los resultados más sorprendentes de la investigación es la importante reducción de costos conseguida al aumentar la ganancia fotovoltaica bifacial», declaró a pv magazine el autor correspondiente, Ahmad Mayyas. Esta mejora redujo el costo nivelado de la electricidad (LCOE) en un 16%, el costo nivelado del hidrógeno (LCOH) en un 14% y el costo nivelado del almacenamiento (LCOS) en un 13%». Otro dato sorprendente es la adaptabilidad del sistema a distintos climas -desde las condiciones áridas de Tucson hasta el ambiente más frío de Minneapolis-, lo que demuestra no sólo mejoras significativas del rendimiento energético, sino también una notable rentabilidad en diversas ubicaciones geográficas».
Los datos sobre la demanda de energía de los lugares se han obtenido del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) del Departamento de Energía de EE.UU., suponiendo restaurantes de servicio completo con una demanda media de carga horaria de 20,33 kWh, 27,87 kWh, 116,98 kWh, 46,62 kWh y 32,51 kWh en Dallas, Denver, Los Ángeles, Minneapolis y Tucson, respectivamente. Los datos meteorológicos de estas regiones se obtuvieron de la Base Nacional de Datos de Radiación Solar, que muestra que la irradiancia horizontal global (GHI) oscila entre 1.400 kWh/kWp/año y 2.100 kWh/kWp/año.
El sistema fotovoltaico bifacial se simuló en diferentes condiciones de ganancia trasera del 0%, 5%, 10% y 20%. Se supuso que el sistema suministraba energía al edificio, mientras que la energía sobrante se utilizaba para producir hidrógeno o se vendía a la red si el depósito de hidrógeno estaba lleno. Cuando falta energía solar, las pilas de combustible reversibles entran en acción, produciendo electricidad para satisfacer la carga del restaurante. En caso de que se agote el hidrógeno, la red suministra electricidad.
«Los tamaños óptimos a partir de la técnica de optimización de búsqueda en la red se identificaron considerando cuidadosamente factores como el impacto en la red, los costos de capital y el cumplimiento de los principios de medición neta», explican los académicos. «El objetivo principal de determinar los tamaños óptimos era minimizar el exceso de exportación de energía a la red. Los tamaños superiores al óptimo podrían suponer una carga innecesaria para la red y aumentar los costos de capital».
Según la optimización, en Tucson, el sistema fotovoltaico tenía una capacidad de 300 kW, 1.200 kW en Los Ángeles, 350 kW en Denver, 300 kW en Dallas y 900 kW en Minneapolis. El tamaño del electrolizador/célula de combustible era de 200/84,5 kW, 700/296,1 kW, 200/84,5 kW, 200/84,5 kW y 400/169,2 kW, respectivamente. El tamaño de los inversores era de 100 kW en Tucson, 300 kW en Los Ángeles, 100 kW en Dallas y Denver, y 200 kW en Minneapolis. Los depósitos de hidrógeno eran de 150 kg, 500 kg, 150 kg y 250 kg, respectivamente.
«El aumento de la ganancia fotovoltaica se reveló como una potente palanca para optimizar la eficiencia económica. En la zona de Tucson, que tiene un GHI elevado, el LCOE de los sistemas fotovoltaicos es de 0,034 dólares por kWh para los sistemas fotovoltaicos sin ganancia bifacial», declararon los investigadores. «Sin embargo, con una ganancia fotovoltaica bifacial del 20%, el LCOE disminuye a 0,029 dólares por kWh. Del mismo modo, en Minneapolis, que tiene el GHI más bajo, el LCOE de los sistemas fotovoltaicos estándar es de 0,051 dólares por kWh, reduciéndose a 0,043 dólares por kWh con ganancia bifacial».
Además, los investigadores descubrieron que para el LCOH, hay una reducción de 0,6 dólares por kg con el aumento de la ganancia fotovoltaica en todas las regiones. «En el caso del LCOS, se produce una reducción de 0,06 dólares por kWh, y el LCOE global del sistema muestra una reducción de al menos 0,02 dólares por kWh en todas las regiones analizadas», explicaron también.
Sus conclusiones se presentaron en «Harvesting energy horizons: Bifacial PV and reversible fuel cells unite for sustainable building solutions» (Aprovechando horizontes energéticos: la energía fotovoltaica bifacial y las pilas de combustible reversibles se unen para ofrecer soluciones de construcción sostenibles), publicado en el International Journal of Hydrogen Energy. Científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley de Estados Unidos, del Cuerpo de Ingenieros del Ejército estadounidense y de la Universidad Khalifa de Ciencia y Tecnología de los Emiratos Árabes Unidos llevaron a cabo la investigación.
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