Carga de vehículos eléctricos con energía fotovoltaica en casa

Un coche eléctrico que funciona con energía fotovoltaica suena atractivo. Pero, ¿es realmente posible disfrutar de flexibilidad con un vehículo cargado a través de un sistema fotovoltaico doméstico? En este articulo sobre la carga de vehículos eléctricos con energía fotovoltaica hemos llegado a unas conclusiones sorprendentes.

El sector de la energía fotovoltaica (FV) está aumentando rápidamente su popularidad, y en lo que va de año en 2023 llevamos un récord de 2.600 MW instalados. La electromovilidad también está experimentando un fuerte crecimiento: actualmente hay 80.000 vehículos puramente eléctricos en las carreteras españolas, además de 200.000 híbridos. Martin Raubal, catedrático de Ingeniería de la Geo información en la ETH de Zúrich, se congratula de esta evolución: “El sector de la movilidad es responsable de aproximadamente un tercio de los gases de efecto invernadero. La electromovilidad es una forma de reducir las emisiones de CO2 del transporte”.

La energía solar y la electro-movilidad son una combinación perfecta

Un equipo de investigación dirigido por Raubal ha unido ahora el crecimiento de la energía fotovoltaica y la electromovilidad en un enfoque hipotético. Los científicos querían saber hasta qué punto los propietarios de coches eléctricos pueden realizar la carga de vehículos eléctricos con energía fotovoltaica de su propio sistema fotovoltaico sin restringir el uso de su coche más que con la carga convencional de la red eléctrica. Mucha gente se muestra escéptica ante el concepto de carga con energía fotovoltaica: “¿Cómo puedo utilizar mi coche eléctrico si tiene que cargarse durante el día mientras brilla el sol?” es una respuesta habitual.

El estudio de los investigadores de la ETH contribuye a contrarrestar este escepticismo: “Nuestros resultados demuestran que los propietarios de vehículos eléctricos pueden utilizar sus coches sin restricciones particulares, cargándolos en gran medida con su propia energía fotovoltaica, incluso sin almacenamiento intermedio”, dice Henry Martin resumiendo el principal resultado del estudio. Martin es estudiante de doctorado en el Instituto de Cartografía y Geoinformación de la ETH de Zúrich e investiga en el Instituto de Investigación Avanzada en Inteligencia Artificial (IARAI) de Viena. El estudio de los científicos de la ETH sobre la carga de vehículos eléctricos con energía fotovoltaica acaba de publicarse en la revista Renewable & Sustainable Energy Reviews.

Datos reales y generación virtual de la carga de vehículos eléctricos con energía fotovoltaica

El estudio se centró en 78 usuarios de movilidad eléctrica, que generalmente vivían en una vivienda unifamiliar y utilizaban a menudo sus vehículos durante el día. Su comportamiento como usuarios se registró meticulosamente durante diez meses, lo que permitió a los investigadores de la ETH saber cuándo se conducían los coches eléctricos, cuándo estaban parados y cuándo se cargaban. Los datos de los usuarios procedían del proyecto “SBB Green Class”, en el que los particulares podían adquirir un paquete de movilidad consistente en una tarjeta de viaje GA y un coche eléctrico, incluida una estación de carga privada.

Los propietarios cargaban la mayoría de las veces sus coches eléctricos en su Wallbox con electricidad de la red. ¿Habrían podido utilizar sus coches con la misma flexibilidad si los hubieran cargado con la energía de su propio sistema fotovoltaico? Para responder a esta pregunta, René Buffat, compañero de investigación de Martin, equipó las casas de los 78 propietarios de vehículos eléctricos con un hipotético sistema fotovoltaico: identificó las casas a través de sus direcciones, reconstruyó la superficie disponible del tejado utilizando datos geoespaciales y la cubrió virtualmente con paneles solares.

Utilizando datos meteorológicos históricos con una resolución de 30 minutos, Buffat calculó el rendimiento potencial de la energía solar, teniendo en cuenta factores como la sombra de los edificios y árboles vecinos.

Alto nivel de consumo privado gracias al control inteligente

Basándose en este modelo de cálculo, los investigadores de la ETH pudieron determinar la cantidad de energía fotovoltaica de que disponía cada propietario de un coche eléctrico en un momento dado para cargar su vehículo. Suponían que la energía se utilizaría principalmente para cargar el vehículo eléctrico. La potencia máxima de carga en el modelo era de 11 kilovatios (kW). Dependiendo de la casa, los sistemas fotovoltaicos tenían una potencia máxima de entre 5 y 25 kW, lo que solía ser suficiente para realizara la carga de vehículos eléctricos con energía fotovoltaicacargar a plena potencia bajo el sol.

Para cuatro estrategias de carga de vehículos eléctricos con energía fotovoltaica diferentes, los investigadores calcularon la proporción de la potencia fotovoltaica doméstica necesaria para cargar los coches eléctricos sin ningún cambio en el comportamiento de movilidad de los usuarios. En el primer caso, se cargaban a la misma hora que antes con la electricidad de la red, pero ahora con energía fotovoltaica, si estaba disponible. El resultado fue aleccionador: por término medio, sólo el 15% de las necesidades anuales de electricidad se cubrían con energía fotovoltaica (el resto con electricidad de la red).

La segunda estrategia de carga, en la que un simple control inteligente (carga inteligente) garantizaba que la batería se cargara siempre que hubiera energía fotovoltaica disponible en el hogar, tuvo un resultado diferente. En este caso, más de la mitad (56%) de las necesidades de electricidad se cubrieron con la energía fotovoltaica doméstica, sin necesidad de almacenamiento temporal. “Nos sorprendió la elevada proporción”, dice Martin. “La carga inteligente puede aumentar considerablemente el consumo doméstico de energía fotovoltaica, y el vehículo puede utilizarse con la misma flexibilidad que si se cargara con la electricidad de la red”.

Algoritmos para la carga inteligente

Si se aprovecha sistemáticamente el potencial del control inteligente (tercera estrategia de carga), se puede incluso realizar la carga de vehículos eléctricos con energía fotovoltaica hasta el 90% del tiempo. Si la energía fotovoltaica se almacena en una unidad de almacenamiento (cuarta estrategia de carga), los vehículos pueden circular casi exclusivamente con energía solar. Sin embargo, los investigadores de la ETH se muestran ambivalentes respecto al almacenamiento intermedio.

Aunque el consumo doméstico de energía fotovoltaica verde puede aumentar ligeramente, el balance de sostenibilidad del sistema de carga en su conjunto se ve afectado por el hecho de que la producción de unidades de almacenamiento de electricidad provoca cantidades relevantes de CO2.

“Nuestro estudio de caso demuestra el potencial de la carga inteligente para un suministro de energía renovable descentralizado y respetuoso con la red que se ha explotado muy poco hasta ahora”, dice Raubal. Su grupo de investigación trabaja actualmente en el desarrollo de estrategias de aprendizaje automático con vistas a predecir el rendimiento fotovoltaico y el comportamiento de los usuarios con la mayor precisión posible. Estas estrategias constituyen la base del desarrollo de algoritmos de carga inteligente para la carga de vehículos eléctricos con energía fotovoltaica, que se espera que pronto se utilicen de forma estándar en las estaciones de carga de los vehículos eléctricos.