Autor: Ignacio Manuel Álvarez Díaz.

En un mundo cada vez más interconectado, resulta difícil imaginar el día a día sin disponer de una fuente cercana y fiable de energía con la que cocinar, cargar cualquier dispositivo electrónico, hablar con familiares o amigos… Prescindir de esta comodidad puede parecer un retroceso tecnológico, sin embargo, en numerosas partes del planeta se apuesta hacia un futuro energético autónomo. Los sistemas energéticos independientes, también conocidos como sistemas “Off-Grid”, proporcionan alternativas sostenibles e independientes de la red eléctrica pública, permitiendo la autosuficiencia energética a entornos rurales, a países del tercer mundo, pero también, a entornos urbanos que buscan un sistema con mayor fiabilidad o simplemente que busque reducir el consumo energético.

Pero ¿Qué implica un sistema “Off-Grid”?

El término “Off-Grid” se traduce literalmente del inglés como “fuera de la red”. En el contexto de energía, no se trata de una idea nueva, ya que es posible hablar de sistemas de red eléctrica desde mediados del siglo XIX. Sin embargo, el concepto de “Off-Grid” sí que resulta relativamente moderno, siendo empleado por primera vez en la década de los 70, aunque ha sido en la última década cuando realmente ha cobrado una gran relevancia [1]. Los sistemas “Off-Grid” producen su propia electricidad y la usan directamente o la almacenan para su uso posterior. Las fuentes de generación energética generalmente son fuentes renovables como la solar, la eólica o incluso la biomasa. En la figura 1 se ha representado un esquema de un sistema autónomo completamente independiente a la red eléctrica.

Figura 1: Esquema de un sistema “Off-Grid” con generación solar.

Las motivaciones que llevan a optar por una alternativa “Off-Grid” son muy variadas. Zonas rurales o aisladas, o países sin una red eléctrica estable, parecen ser los entornos más ideales para este tipo de tecnología. Un sistema autónomo permite el acceso a luz, refrigeración y comunicación de estos entornos de un modo sencillo y económico. Sin embargo, este tipo de lugares sin acceso a red eléctrica no son los únicos que buscan acceder a esta tecnología ya que el acceso a la red no es excluyente de la utilización de un sistema autónomo. Debido a que la creación de un sistema independiente requiere de fuentes renovables, es posible implementar estas fuentes como apoyo a la red ya sea desde un hogar, un barrio, o una instalación pública como un colegio o un hospital [2]. En caso de apagón, o ante una situación de desastre natural donde la red eléctrica se ha visto afectada, un sistema independiente puede mantener la comunicación, seguridad y habitabilidad en cualquier lugar. Tanto un sistema completamente “Off-Grid” en un entorno rural, como un sistema autónomo instalado en un hogar complementando a la red eléctrica, son sistemas los cuales se conocen como “microrredes”.

¿Off-Grid o Microrred?

Una microrred es un sistema eléctrico local que permite generar y distribuir energía de manera autónoma. Puede operar de forma independiente cuando se desconecta de la red eléctrica principal, o bien trabajar en conjunto con esta para cubrir picos de demanda. Por ejemplo, una microrred puede estar compuesta por una o varias viviendas. Cada una puede tener instalados paneles solares en sus tejados, los cuales alimentan baterías durante el día. Estas baterías permiten a la microrred funcionar de manera autónoma en caso de cortes en el suministro eléctrico. Alternativamente, se pueden omitir las baterías y utilizar directamente la energía generada por fuentes renovables para complementar el suministro de la red pública [3]. En la figura 2 se muestra un esquema de los principales componentes de una microrred, así como una posible conexión con la red eléctrica nacional. La integración de microrredes con la red pública también ofrece la posibilidad de que los usuarios vendan el excedente de energía renovable que generan. Esto no solo reduce el gasto en electricidad, sino que también permite a los usuarios obtener ingresos adicionales al brindar un servicio de apoyo al sistema eléctrico general.

Figura 2: Representación de diferentes elementos que pueden integran una microrred.

Las microrredes se consideran sistemas sostenibles, ya que la autogeneración mediante fuentes renovables reduce tanto el impacto ambiental como el consumo y transporte de energía, al disminuir la dependencia de la red eléctrica convencional. Contar con la posibilidad de desconectarse de la red, ya sea voluntariamente o por causa de un agente externo, proporciona mayor seguridad energética, especialmente en zonas donde los cortes de luz son frecuentes. Ahora bien, al analizar cómo aplicar la tecnología de las microrredes en una sociedad donde el suministro eléctrico suele provenir de la red principal, la perspectiva cambia. Ya no se trata solo de un sistema autónomo, sino de un complemento que puede integrarse y fortalecer el sistema eléctrico existente. A diferencia de los grandes parques fotovoltaicos o eólicos, que generan energía a gran escala (en megavatios), las microrredes operan a pequeña escala, produciendo y consumiendo energía localmente. Sin embargo, esta producción distribuida, si se gestiona adecuadamente, permite que los distintos grupos de microrredes no solo funcionen ajenos al reto de la sociedad, sino que también puedan aportar energía a la red general, aumentando así su resiliencia. De este modo, cada ciudadano dejaría de ser un simple consumidor para convertirse también en un generador de energía. No obstante, esta idea puede generar dudas y resulta difícil de dimensionar sin datos que la respalden. Por ello, el siguiente punto a analizar es: ¿cuánta energía se consume realmente?

Consumo Energético

Hablemos ahora en términos cuantitativos. Pongamos el ejemplo España, donde se estima que cada hogar consume una media de 0.027MWh/mes, lo que equivale a 270 kWh/mes [4] (recordemos que “MWh” indica MegaWatios-hora, es decir, millones de vatios consumidos por hora). El tamaño de una microrred podrá depender del número de paneles solares o de si se usa generación eólica, o de si se dispone de batería o no. Supongamos por ejemplo que para una vivienda con un tejado de 100 m2 se desean instalar paneles solares. Se selecciona por ello un panel solar de 300 W, lo que implica que cada panel puede producir 0.3 kWh. Estimando unas 5 horas al día de luz, resulta sencillo establecer la relación matemática que, con un total de 6 paneles solares de 300 W, es decir, con 1800 W, es posible producir 250 kWh al mes. Cualquier exceso de esta energía puede almacenarse en una batería si se trata de un sistema “Off-Grid”, o bien puede inyectarse a la red eléctrica en caso de estar conectado a ella.

Retos tecnológicos de una energía libre, limpia y local

Desde el área de tecnología electrónica de la Universidad de Burgos, trabajamos en el desarrollo de prototipos e ideas en los cuales implementar los diferentes dispositivos electrónicos ya mencionados (paneles solares, baterías, cargas LED de iluminación). Uno de los mayores retos que experimenta el mundo es el desarrollo de estas tecnologías que permitan una adecuada y eficiente electrificación de los hogares y la generación energética. Nuevas formas de entender el sistema energético se están dando a conocer. Hoy en día, no disponer de red no es equivalente a quedarse a oscuras, o a no poder disponer de ciertos elementos por vivir en lugares remotos o sin recursos. Tal y como se ha expresado a lo largo de este artículo, vivir sin estar conectado a la red puede ser una simple elección. En lugares donde la red no es una opción, el uso de fuentes renovables asegura el acceso a energía fiable que a su vez reduzca la dependencia de combustibles fósiles. En definitiva, el protagonismo de la generación energética ya no debería recaer exclusivamente en grandes centrales y plantas generadoras, sino que son las personas y las comunidades las que, de manera descentralizada, puedan operar de forma independiente. No se trata únicamente de cambiar la fuente de energía, sino de cambiar la forma de entender el modo de relacionarse con ella.

Referencias

  1. Mohammed, Y. S., Mustafa, M. W., & Bashir, N. (2014). Hybrid renewable energy systems for off-grid electric power: Review of substantial issues. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 35, 527-539.
  2. Zelazo, D., Dai, R., & Mesbahi, M. (2012). An energy management system for off-grid power systems. Energy Systems, 3, 153-179.
  3. Platt, G., Berry, A., & Cornforth, D. (2012). What role for microgrids?. In Smart grid (pp. 185-207). Academic Press.
  4. Sech-Spahousec, P. (2011). Análisis del consumo energético del sector residencial en España. Informe Final, Instituto para la Diversificación y Ahorro de Energía.
  5. Tan, X., Li, Q., & Wang, H. (2013). Advances and trends of energy storage technology in microgrid. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 44(1), 179-191.

 Artículo participante del VIII Concurso de Artículos de Divulgación Científica de la Universidad de Burgos.