Cómo alimentar estaciones base de celulares 4G y 5G con energía fotovoltaica e hidrógeno

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Investigadores de la Universidad de Kuwait han propuesto hacer funcionar estaciones base (EB) celulares 4G y 5G con plantas híbridas locales de energía solar fotovoltaica e hidrógeno. El equipo ha simulado numéricamente algunas configuraciones de este tipo de estaciones y ha tenido en cuenta el costo actual neto (CPN), el costo de la energía (COE) y las emisiones de CO2. La simulación se realizó en las condiciones de Hawally, una ciudad al este de Kuwait.

«Las fuentes de energía renovables (FER), como la solar y la eólica, pueden utilizarse para alimentar las EB y ofrecen alternativas sostenibles y respetuosas con el medio ambiente a la red eléctrica tradicional o a los generadores diésel (GD)», afirman los académicos. «El uso de FER para alimentar las EB también puede ayudar a reducir costos operativos y aumentar la disponibilidad de la red, sobre todo en zonas remotas, donde el acceso a la red eléctrica puede ser limitado o poco fiable».

La potencia fotovoltaica de la simulación se basó en paneles de 285 W con una eficiencia del 17,41% o 665 W y 21,4%. El almacenamiento se basó en un banco de baterías (BB) de 244 Ah, y se supuso que los inversores tenían una eficiencia del 95%. También se implementó un sistema de GD con una relación de carga mínima del 25% para los momentos en que la producción renovable no cubriera la demanda. También se supusieron electrolizadores con una eficiencia del 85%.

«El perfil de carga de la EB se adquirió para el periodo comprendido entre noviembre de 2021 y octubre de 2022», añadió el grupo. «La energía media anual de CC se determina en 122,11 kWh/día, mientras que la energía media anual de CA se obtiene en 110 kWh/día. A su vez, la energía media total asciende a 232,11 kWh/día. La potencia pico de CC es de 15,10 kW, y la de CA, de unos 13,6 kW».

Según los resultados de la simulación, cuando se utilizan 285 W, el tamaño optimizado del sistema utiliza 194 paneles para una capacidad total de 55,1 kW, junto con una GD de 34 kW, una pila de combustible (FC) de 5 kW, un electrolizador de 5 kW, un depósito de hidrógeno de 15 kg y un convertidor de 12,7 kW. La producción anual fotovoltaica, en este caso, es de 97.923 kWh, y la de la FC, de 766 kWh. Su CPN es de 160.075 dólares, el COE es de 0,0945 dólares y la emisión anual de CO2 de la GD es de 5.317 kg.

Sin embargo, cuando se utilizan 665 W, el tamaño optimizado del sistema utiliza 95 paneles para una capacidad total de 63,1 kW, junto con una GD de 34 kW, una FC de 5 kW, un electrolizador de 5 kW, un depósito de hidrógeno de 5 kg y un inversor de 13,5 kW. La producción anual fotovoltaica, en este caso, es de 114.304 kWh, y la de FC, de 832 kWh. Su CPN es de 121.014 dólares, el COE de 0,0714 dólares y la emisión anual de CO₂ de la GD es de 3.257 kg.

Al limitar la capacidad de la GD en el modelo PV-HFC-GD-BB, las simulaciones muestran que limitar la GD a valores inferiores a los del caso «base» sin restricciones puede reducir el CPN (hasta un 7,71%) y la superficie del sistema (hasta un 9,93%)», añade el grupo. «De hecho, cuando se utiliza una GD de pequeña capacidad, el sistema se verá obligado a aumentar la producción de energía de FC, lo que conduce a una disminución significativa de las emisiones de CO2 (en un 51,12%) al tiempo que mejora la fracción de energía renovable (en un 1,44%).»

El sistema se presentó en «Hybrid solar PV/hydrogen fuel cell-based cellular base-stations in Kuwait» (Estaciones base celulares basadas en energía solar fotovoltaica híbrida y células de combustible de hidrógeno en Kuwait), publicado en el Journal of Engineering Research.

De cara al futuro, los científicos afirman que quieren estudiar sistemas híbridos FV-eólica-HFC en configuraciones de sistemas conectados y no conectados a la red, así como el uso de paneles FV con mayor potencia pico de salida. «Sería interesante estudiar las posibilidades de utilizar una turbina eólica incorporándola al sistema eléctrico híbrido solar FV/HFC en varios lugares de Kuwait», añadieron.

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