El estado actual de la energía solar en los hogares estadounidenses

Simplemente no entre en pánico, pero para el año 2050 necesitaremos generar 15 TW de energía a partir de fuentes renovables (sin aumentar las emisiones de dióxido de carbono) para estabilizar la concentración de CO ₂ en la atmósfera. Y en términos de accesibilidad, la energía solar actualmente tiene el mayor potencial para esto.

La energía solar es "probablemente la única solución energética que es a la vez lo suficientemente grave como aceptable y lo suficientemente aceptable para los requisitos [ambientales] a largo plazo del planeta", dice Richard Pérez, investigador principal del Centro de Investigación de Ciencias Atmosféricas de la Universidad del Estado de Nueva York. en Albany El análisis de Pérez incluye fuentes geotérmicas, eólica, otras fuentes renovables, fusión nuclear y todo tipo de combustibles fósiles.

Entonces, si las fuentes eólica, hidroeléctrica y geotérmica en algunas regiones operan a escala local, el potencial actual de la energía solar supera cualquier otra fuente de energía renovable en varios órdenes de magnitud . Este es el único candidato además de la energía nuclear para una solución global para extraer grandes cantidades de energía.

En promedio, unos 175 W / m ^{2 de} energía solar llegan a la Tierra. Si suponemos que el 10% de esta energía se puede convertir en electricidad, entonces el suministro de la energía necesaria de los EE. UU. Requerirá cubrir el 2% de la tierra de los EE. UU. Con paneles solares; esta es aproximadamente el área de Dakota del Norte. Como esta es 30 veces el área de nuestros techos , para recolectar tal cantidad de energía será necesario construir grandes plantas de energía solar.

Pero esto no reduce la utilidad de varios paneles en su techo. Si tiene su propia casa, básicamente puede generar electricidad usted mismo. Puede reducir o eliminar su dependencia del proveedor de electricidad, o incluso venderle excedentes, reduciendo aún más los costos o incluso obteniendo ganancias.

El reciente cambio de líder estatal insinúa la incertidumbre de la situación con las iniciativas solares de Estados Unidos. Pero las organizaciones individuales, las empresas y los ciudadanos pueden decidir por sí mismos si aumentan su uso de la energía solar. Para imaginar mejor el estado actual del uso doméstico de la energía solar en los EE. UU., Nos familiarizamos con la práctica, el aspecto económico del problema y la experiencia de diferentes personas que recientemente convirtieron sus hogares en pequeñas plantas de energía. Esperamos que incluso si vives en un apartamento en el sótano, esta información pueda ... iluminarte.

Mejor que nunca

De niño, admiramos las calculadoras y los relojes que funcionan con el sol. Algunos recibieron kits de ciencia como regalos, donde se combinaron pequeños motores con paneles solares del tamaño de una palma. Crear electricidad a partir de la luz parecía mágico. ¿Por qué no podemos hacer esto en todo el mundo?

Uno de los principales obstáculos históricos para la civilización que vive con energía solar es la baja eficiencia y el alto costo de los paneles solares (SP), placas que convierten los fotones en electricidad. Su eficiencia, más precisamente, el coeficiente de conversión fotovoltaica , es la relación entre la energía eléctrica producida por el panel y la energía de la luz solar que cae sobre su superficie.


Una de las primeras empresas conjuntas

Su historia es bastante larga. La primera empresa conjunta fue inventada en 1883 por Charles Fritts, quien soñó con cómo su empresa conjunta competiría con la creciente red de centrales eléctricas de carbón de Thomas Edison. Pero la efectividad del 1% de su empresa conjunta hizo imposible el cumplimiento de un sueño.

Para 1954, los laboratorios de Bell demostraron la empresa conjunta al público al conectarla a una noria de juguete y a un transmisor de radio. El dispositivo tenía una eficiencia del 6%, que fue un logro significativo en comparación con las empresas conjuntas anteriores. Además, en realidad ya era un panel en el que varias células solares estaban conectadas a un panel solar. Aunque todavía era demasiado costoso para una distribución generalizada, el New York Times quedó impresionado por la manifestación y lo declaró "el comienzo de una nueva era que conducirá a la realización de una de las esperanzas más preciadas de la humanidad: el desarrollo de la energía casi ilimitada del sol para las necesidades de la civilización".

En los años 50 y 60, la investigación sobre SP de silicio continuó. Pequeñas empresas conjuntas comenzaron a aparecer en juguetes y dispositivos de consumo. A mediados de la década, la eficiencia se duplicó , pero el costo siguió siendo demasiado alto, especialmente en comparación con el bajo costo de la electricidad de la época. Una empresa conjunta de un vatio costó $ 300, y el costo de 1 W de energía recibida de las centrales eléctricas fue de 50 centavos.

Pero a fines de la década, las empresas conjuntas habían demostrado su utilidad como fuente de energía para toda una flota de satélites artificiales. La Marina de los EE. UU., Inicialmente escéptica de la empresa conjunta, cambió de opinión cuando una batería normal en el primer satélite murió unos días después. Y la empresa conjunta apoyó su desempeño durante años.

El costo de las empresas conjuntas de alta calidad utilizadas en satélites y en equipos espaciales, aunque es alto, es solo una fracción del costo total de estos sistemas, y el costo relativamente bajo de combustible y energía terrestre en los años 50 y 60 no estimuló una disminución en su costo. Pero a principios de los años 70, las empresas conjuntas se desarrollaron utilizando materiales más baratos, y el costo de los paneles cayó a $ 20 por vatio. Junto con la crisis energética de 1973, esto provocó una nueva ola de interés en la energía solar en términos de su uso terrestre.

Pero la tecnología aún no estaba lista para el mercado masivo: la eficiencia era del 10% y el costo seguía siendo alto.

Hoy en día, hay un aumento en el interés en la energía solar, tanto en el hogar como a mayor escala. Todo esto sucede debido a la adición de varios factores: reducción de costos; aumento de la efectividad de la empresa conjunta; ambiente estimulante de reguladores e impuestos; preocupaciones generalizadas sobre el cambio climático; innovación emprendedora

El aumento de interés también está asociado con el aumento exponencial en el uso de energía solar en los últimos 20 años. Persisten las perspectivas de crecimiento. En al menos 30 países , incluido parcialmente Estados Unidos, la energía de una empresa conjunta con techo se está volviendo más barata que la de una red, y esto sin contar los subsidios para su compra.

Lo que más ayudó a la entrada de la empresa conjunta en la vida fue un mercado con muchas alternativas a los paneles de techo convencionales. Algunas compañías venden opciones estéticamente más atractivas, como, por ejemplo, una empresa conjunta en forma de cubierta de techo (el resultado es un techo brillante, no paneles sobresalientes). Una compañía ofrece casas pequeñas diseñadas para diferentes clientes, incluido el segmento de aquellos consumidores que intentan minimizar su contribución a las emisiones de gases de efecto invernadero. Algunos de estos productos vienen con techos solares integrados y la capacidad de trabajar de forma completamente autónoma.

Elon Musk dijo recientemente que su "techo solar" en la instalación será más barato de lo habitual, incluso sin considerar su capacidad para generar electricidad. Tal opción haría que la elección de un techo solar esté libre de riesgos durante la construcción.

Además, los propietarios de viviendas no se limitan a la superficie de los techos. La misma tecnología se aplica a los garajes y otros edificios individuales, y los paneles SP se pueden instalar incluso en el campo o en el patio.


Estación de monitoreo de agua independiente

Aunque nos centramos en la energía solar en los hogares, es necesario tener en cuenta el creciente segmento de las empresas conjuntas de tamaño mediano. Son más grandes que el hogar, pero más pequeños que las plantas de energía solar a gran escala. En un viaje reciente a Maryland y Virginia, notamos varias parcelas de tierra plantadas con hileras de empresas conjuntas, en lugar de maíz o pasto para vacas. Las pequeñas plantas de energía solar se están convirtiendo en una forma popular de aprovechar la energía solar para comunidades pequeñas sin la necesidad de que cada miembro de la comunidad compre su propio sistema.

La visión de la empresa conjunta intercalada con cereales nos recordó que esta es simplemente la forma más nueva de explotar la energía abundante y libre del sol, convirtiéndola en electricidad y no en azúcar a través de la fotosíntesis.

Dólares y kilovatios hora

Entonces, decidiste comenzar a recolectar energía solar. ¿Es esta una inversión inteligente?

Para muchas personas, estos no son solo cálculos de ingresos y gastos: la comprensión de que está reduciendo su contribución a las emisiones de gases de efecto invernadero puede superar las consideraciones puramente financieras. Y aquellos que invierten en un sistema autónomo con baterías obtienen satisfacción de la seguridad e independencia de la infraestructura local.

Pero el sistema cuesta dinero. Si no ha hecho un trato rentable con el instalador, para la mayoría de las personas instalar una empresa conjunta en un techo es una inversión seria. Estos costos se reducen al reducir su factura de electricidad y posiblemente al vender su energía a la red.

Aparte de tales declaraciones generales, es imposible hacer ciertas predicciones sobre el costo de la energía solar en el hogar. Esto se debe a que todos los factores relacionados con esto dependen mucho de dónde viva. En las ciudades donde la electricidad cuesta más, invertir en paneles solares en la azotea puede competir con invertir en un fondo indexado. Cuando el costo de la electricidad es más bajo y las condiciones climáticas hacen que la empresa conjunta sea ineficaz, esto puede ser una pérdida de dinero (aparte de las otras razones anteriores). El costo de vender electricidad a la red también varía según la región.

El investigador de energía Joshua Rhodes señala que el costo promedio de la energía solar de una empresa conjunta en la azotea, dada la instalación, la vida útil y otros factores, ahora ha igualado en los Estados Unidos con el costo de la energía de la red: alrededor de 12 centavos por kWh. Esto podría ser un punto de inflexión, lo que significa que cada propietario, actual o potencial, debería considerar seriamente la empresa conjunta como parte de su inversión.

Pero estos números ocultan los detalles. El costo de la energía recibida de la red en el país puede variar en 10 veces, y el costo de instalar paneles, así como la luz solar, también varían mucho. Rhodes recopiló sus datos en mapas que muestran en qué lugares vale la pena invertir la energía solar en el hogar y dónde aún no está lista para su implementación.

Como resultado, hay grandes regiones donde tanto el costo de la energía como la cantidad de luz solar, como el sur de California, son altos; instalar paneles puede ser una buena idea. En el estado de Washington, es malo con el sol y la electricidad barata, por lo que puede que no tenga sentido.

Pero esta información se vuelve rápidamente obsoleta. Las JV convencionales de silicio han estado disminuyendo constantemente en precio, principalmente debido a economías de escala. Este proceso puede estar llegando a la saturación del mercado , y las futuras reducciones de costos pueden basarse en estudios de nuevos tipos de células solares o métodos de producción.

Ejemplo real

Nick White vive en Denver, Colorado, instaló la empresa conjunta en su techo hace poco más de un año y mantuvo registros detallados. Los compartió con nosotros, y su estudio será informativo.



Nick monitoreó la salida de su sistema solar y descubrió que el JV generó aproximadamente 3,400 kWh de electricidad en su primer año de operación. Durante este período, su hogar consumió aproximadamente 4,200 kWh, que es 800 kWh más de lo que dio el sol. El exceso vino de la red.

La electricidad de la red cuesta 13 centavos por kW, por lo que una factura de 800 kWh sería de $ 104. Pero de acuerdo con las reglas, la compañía de energía debe pagar 3 centavos de dólar blanco por cada kWh producido por sus paneles. Este subsidio está diseñado para reducir el costo de instalación de una empresa conjunta. Otros estados tienen subsidios similares.

El pago total por el panel fue de 3400 * 3 c, es decir, $ 102. Como resultado, el puntaje de White fue de $ 2. Sin paneles, la factura habría sido de 4.200 kWh * 13 cts, o $ 546, por lo que el Sun obtuvo una ganancia de $ 546 - $ 2 = $ 544 por año.

White señala que la devolución de $ 544, dividida por el costo de instalación de $ 7672 (después del reembolso de impuestos), le da una devolución del 7,09% (sin incluir los intereses del préstamo para la instalación). White cree que invirtió correctamente. Y dado que a lo largo de los años aumenta el costo de la electricidad de la red, los ahorros también aumentarán, incluso teniendo en cuenta una ligera degradación de la eficiencia de los paneles.

Con respecto a su trabajo, dice: "No pienso en ellos en absoluto. Siempre están encendidos y no hay necesidad de cuidarlos ".

El consumo de energía de la casa de White es muy modesto (aproximadamente la mitad del promedio en su región) porque antes de invertir en una empresa conjunta, invirtió en tecnologías eficientes. Estima que los ahorros por el uso de lámparas LED y electrodomésticos eficientes son incluso mayores que los de los paneles.

Quizás más importante que el aspecto financiero de los paneles será el hecho de que la familia White ha reducido ligeramente las emisiones de gases de efecto invernadero: el 60% de la energía de Colorado proviene de la quema de carbón . Para él, este es "el mejor de todos los resultados".

Los blancos viajan mucho en la autocaravana, que también proporcionaron con una empresa conjunta en la azotea. Este es un sistema independiente con baterías. Estiman que una autocaravana autónoma cuesta 2-5 veces más que una ordinaria.

Quizás un ejemplo útil del extranjero

Antes de pensar en instalar una empresa conjunta en un techo, debe evaluar el área de superficie disponible y la cantidad de luz solar que recibe. Esto le permitirá determinar si el sistema puede entregar suficiente energía para tener sentido. Los instaladores locales pueden hacer los cálculos por usted, pero por supuesto es beneficioso para ellos venderle los paneles. Por lo tanto, en general, sería una buena idea averiguar qué puede esperar del sistema antes de acudir a dicha empresa.

Project Sunroof es un sitio de Google que, después de recibir su dirección, combinará los datos de su techo con el clima local, el sombreado y tratará de calcular el aspecto económico de la empresa conjunta en el techo de su casa. Puede ser útil como una estimación aproximada o ayudar a elegir entre varias opciones para las casas que desea comprar, pero el proyecto aún se encuentra en una etapa temprana y no es capaz de realizar un análisis detallado. Por ejemplo, cree que toda la superficie del techo está disponible para la instalación de una empresa conjunta, aunque es posible que las leyes locales y las consideraciones prácticas no le permitan ocuparla por completo. Y al momento de escribir esto, el sitio web no funciona en todas las direcciones posibles.

Un ejemplo del uso no estándar de la energía solar que los algoritmos de Google apenas pueden calcular es la experiencia de Chris de Decker, quien dirige su blog "Low Tech Magazine" desde sus propios apartamentos cerca de Barcelona en España. Recientemente, decidió realizar un experimento y alimentar su oficina exclusivamente con paneles solares. Y aunque estamos hablando de los Estados Unidos aquí, su experiencia es interesante. La energía solar promedio en Barcelona a 1700 kWh / m ² / año coincide con los Estados Unidos.

De Decker no tiene acceso al techo, por lo que aprovechó las ventanas. Resultó que idealmente van en la dirección entre el sur y el sureste, y no están oscurecidos por árboles o edificios. Pero los pequeños paneles colocados en los alféizares de sus ventanas no fueron suficientes para alimentar la oficina.

Pudo aumentar la producción de la empresa conjunta al construir soportes para ellos de modo que los paneles se inclinen en un ángulo que recolecte la mayor cantidad de energía del Sol (foto a continuación). Esta estrategia se sigue en las plantas de energía solar, pero generalmente no está disponible para casas típicas donde los paneles simplemente se montan en el techo. De Decker aumentó la producción anual promedio en aproximadamente un 10%, cambiando periódicamente el ángulo de los paneles, mientras que esta ventaja resultó ser más de lo que parece. El aumento en la producción ocurrió en el invierno, cuando es muy importante exprimir todos los vatios disponibles del sistema. Durante estos meses, un panel inclinado puede producir 3 veces más energía que uno horizontal.



Más importante fue la transformación de su oficina en un sistema que opera desde una corriente continua de 12 V. Diferentes empresas conjuntas producen corriente continua de diferente voltaje, y 12 V es el voltaje más común para paneles pequeños. Esto es conveniente para alimentar muchos dispositivos electrónicos, por ejemplo, computadoras portátiles que funcionan con 12 V. Cuando conecta la computadora portátil a una red de CA, la fuente de alimentación convierte 120 V (en los EE. UU.) De corriente alterna en 12 V CC, como resultado de lo cual se pierde energía. Esta pérdida se siente fácilmente al calentar la unidad.

Para que un sistema típico de recolección de energía solar se combine con el cableado eléctrico, su corriente continua se suministra a través de un inversor y un transformador, que la convierte en una corriente de 120 V y 60 Hz (en los EE. UU.), Que se requiere para la electrónica doméstica. En lugar de convertir la salida de los paneles y perder energía, De Decker convirtió los dispositivos para que consumieran una corriente de 12 V directamente desde los paneles. En la mayoría de los casos, resultó ser suficiente para usar un cable de alimentación diferente. Como resultado, se ahorró el 40% de la energía, lo que influyó en gran medida en el éxito de su experimento.


Instalación de empresas conjuntas en Massachusetts

Nuestro último ejemplo surgió gracias a Benjamin Meyer, que vive en Massachusetts. El clima en Nueva Inglaterra es imperfecto, y los paneles a menudo están cubiertos de nieve. Sin embargo, durante el año generaron más energía de la que consumió la granja. En respuesta, Meyers instaló un sistema de aire acondicionado y otros electrodomésticos para alinear el consumo con la producción. 5 años después de la instalación, los paneles se pagaron solos, dados los subsidios del estado y las concesiones fiscales.

"Raramente pienso en paneles", dijo Meyer. – , , , , . , , , ».




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