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China nos acaba de presentar el futuro de la energía para hogares. Imagina sistema híbrido que combina energía eólica, fotovoltaica y almacenamiento inteligente para reducir un 55 % su coste y depender un 75 % menos de la red eléctrica. Y esto es posible, según el artículo publicado en la revista científica Energy.
La idea no tiene desperdicio. Crear una bomba de calor para viviendas, que no solo funciona con electricidad convencional de la red, sino que también se alimenta de paneles solares, aerogeneradores a escala pequeña y dos sistemas de almacenamiento: uno con baterías y otro guardando calor en agua.
El sistema de climatización más sostenible está en China
Empecemos poco a poco. Este sistema ha sido desarrollado por científicos de la Universidad de Arquitectura de Shenyang y la Universidad Jiao Tong de Shanghái y tiene como objetivo demostrar que la unión de tecnologías ya existentes junto con una gestión inteligente es más que suficiente para crear un tipo de calefacción y refrigeración más eficiente y menos vulnerable a las oscilaciones del precio de la electricidad.
Las primeras pruebas ya se han llevado a cabo en un edificio de viviendas de bajo consumo de la localidad de Shenyang, situada en el noreste de China. Esta región ha sido seleccionada debido a la combinación de dos polos opuestos de clima: inviernos muy fríos y veranos con mucho calor. Por tanto, este es el escenario ideal para poner a prueba a un sistema de climatización.
El edificio consta de dos plantas, 335 metros cuadrados y 130 metros cuadrados de tejado donde poder ubicar placas solares. Es ahí donde se ubicaron módulos fotovoltaicos de 550 vatios cada uno y aerogeneradores de 4 kilovatios. Para almacenar la electricidad generada se utilizó una batería con una capacidad de 40 kilovatios hora y el calor se guarda en un depósito de agua.
Este depósito cuenta con materiales de cambio de fase. Pero, tranquilo, que te explicamos qué son. Estamos hablando de sustancias capaces de almacenar y liberar grandes cantidades de energía térmica cuando pasan de un estado físico a otro, normalmente de sólido a líquido y viceversa. Sin embargo, esta no es la clave del sistema.
Esa sería la doble bomba de calor. Una que procede de la tierra, intercambiando calor con el subsuelo, y otra que procede del aire, tomando o cediendo energía al aire exterior. La primera extrae calor del terreno en invierno y lo devuelve en épocas más templadas. La segunda es útil cuando hay cambios en las condiciones exteriores.
Para finalizar este sistema, se utilizan intercambiadores. Son dispositivos que transfieren calor de un sitio a otro, pero que no solo están pensados para conectar los equipos, sino que ha sido ideados por el equipo de investigadores para realizar toda una coreografía climática.
En primavera, el sistema enfría el terreno y lo prepara para el verano. Cuando llega el verano, el sistema refrigera la vivienda. En otoño, se precalienta el suelo para el invierno. Y, finalmente, cuando la última estación del año nos visita, el sistema se centra en su función calefactora.
Pero, ¿cómo se consigue equilibrar un sistema tan complejo? La respuesta está en un conjunto de algoritmos. El primero es derivado de un algoritmo genético, que se inspira en la evolución de la biología. Este algoritmo es capaz de encontrar la combinación ideal de tamaño de los paneles solares, el número de aerogeneradores, la capacidad de la batería y la potencia de las bombas de calor.
En segundo lugar, tendríamos un algoritmo inspirado en un método matemático conocido como optimización por enjambre de partículas, que explica cómo se comportan, por ejemplo, los bancos de peces. Aplicado a este sistema de climatización, se utiliza para gestionar la batería y el uso de las fuentes de energía renovables.
La climatización del futuro
Para constatar que un sistema tan complejo es realmente eficiente, los investigadores probaron diferentes configuraciones, que iban desde un sistema básico hasta la versión completa, que incluía la gestión de estaciones, la doble bomba de calor, los paneles solares y los aerogeneradores. El resultado es incuestionable.
Si utilizamos el coste nivelado de energía, es decir, cuánto cuesta cada kilovatio hora producido por el sistema, este se redujo en un 54,7 %. Además, el factor de independencia del sistema, que mide cuánta energía se necesita importar de la red eléctrica, disminuyó un 75%. Es decir, el sistema más óptimo podría cubrir las necesidades energéticas de una vivienda, solamente utilizando la red como apoyo puntual.
Se sabe que la configuración que mejor resultados ofreció fue la que combinaba 13 kilovatios de energía solar, dos aerogeneradores, 25 kilovatios hora de la batería, una bomba de calor geotérmica de 6 kilovatios y un depósito de agua de casi 3 metros cuadrados. Parece algo imposible, pero estas son tecnologías que ya se utilizan en la actualidad. Solamente hay que hacerlas trabajar en equipo.
Evidentemente, este estudio no pretende que todos los edificios se sometan a una reforma integral, sino que demuestra que la climatización del futuro puede mezclar energías renovales, almacenamiento y algoritmos para tomar decisiones por nosotros. Y así estar calientes en invierno y frescos en verano.