Una pila de combustible doméstica o una pila de combustible residencial es una celda electroquímica que se utiliza para la generación de energía primaria o de respaldo . Son similares a las pilas de combustible estacionarias industriales más grandes , pero construidas a menor escala para uso residencial. Estas pilas de combustible generalmente se basan en tecnología de calor y energía combinados (CHP) o micro calor y energía combinados (m-CHP) , que genera tanto energía como agua o aire calentados.
Las pilas de combustible domésticas se instalan junto a la red para producir de forma constante la cantidad exacta de electricidad y calor que se necesita. Además, una pila de combustible doméstica puede combinarse con un horno tradicional que produce solo calor. Por ejemplo, la empresa alemana Viessmann produce una pila de combustible doméstica con una potencia eléctrica de 0, kW y una potencia térmica de 1 kW, integrada con un horno tradicional de producción de calor de 19 kW, utilizando la red para las necesidades de electricidad por debajo y por encima de la producción de la pila de combustible. [1]
La m-CHP de celdas de combustible PEMFC opera a baja temperatura (50 a 100 °C) y requiere hidrógeno de alta pureza. Es propensa a la contaminación y se pueden realizar cambios para operar a temperaturas más altas y mejorar el reformador de combustible. La m-CHP de celdas de combustible SOFC opera a una temperatura alta (500 a 1000 °C) y puede manejar diferentes fuentes de energía, pero la temperatura alta requiere materiales costosos para manejar la temperatura. Se pueden realizar cambios para operar a una temperatura más baja. Debido a la temperatura más alta, las SOFC en general tienen un tiempo de arranque más largo.
Dado que la pila de combustible doméstica genera electricidad y calor que se utilizan en el lugar, la eficiencia teórica se acerca al 100 %. Esto contrasta con la producción de electricidad no doméstica tradicional o con pilas de combustible, que tiene pérdidas de transmisión y calor inútil, lo que requiere un consumo de energía adicional para la calefacción doméstica. La pila de combustible doméstica no puede generar exactamente la cantidad necesaria de calor y electricidad en todo momento. Por lo tanto, normalmente no se trata de una instalación independiente, sino que se combina con un horno tradicional y se conecta a la red para satisfacer las necesidades de electricidad superiores o inferiores a las producidas por la pila de combustible. Por lo tanto, la eficiencia general es inferior al 100 %.
La alta eficiencia de las pilas de combustible domésticas ha provocado que algunos países, como Alemania , apoyen económicamente su instalación como parte de una política de reacción al cambio climático . [2]
Las celdas de combustible para el hogar están diseñadas y construidas para caber en una sala de máquinas interior o exterior, funcionando silenciosamente en segundo plano las 24 horas del día, los 7 días de la semana. Conectadas a la red eléctrica a través del panel de servicio principal de la casa y utilizando la medición neta , las celdas de combustible para el hogar pueden integrarse fácilmente con los sistemas eléctricos e hidrónicos existentes y cumplen con los requisitos de interconexión de la red eléctrica. En caso de interrupción de la red, el sistema cambia automáticamente para funcionar en un modo independiente de la red para proporcionar energía de respaldo continua para circuitos dedicados en el hogar mientras la red está inactiva. También se puede modificar para funcionar fuera de la red .
Veinte empresas han instalado pilas de combustible Bloom Energy en sus edificios, entre ellas Google , eBay y FedEx . [3] El director ejecutivo de eBay dijo a 60 Minutes en 2010 que habían ahorrado 100.000 dólares en facturas de electricidad en los 9 meses transcurridos desde que las instalaron. [4]
ClearEdge Power, con sede en Oregón, había instalado hasta 2014 sistemas de 5 kW en las casas de Jackie Autry , [5] el administrador de patrimonio de Bay Area Bruce Raabe [6] y el inversor de capital de riesgo Gary Dillabough. [7]
En Japón, una célula de combustible llamada Eni-Farm funciona comercialmente y cuenta con el apoyo del gobierno regional, que utiliza gas natural para alimentar la célula de combustible que luego produce electricidad y agua caliente.
En 2013, el 64% de las ventas mundiales de micropilas de combustible para producción combinada de calor y energía superaron a las de los sistemas rotativos mecánicos convencionales en 2012. [8]
Las pilas de combustible tienen una vida útil media de unas 60.000 horas. En el caso de las unidades de pilas de combustible PEM, que se apagan por la noche, esto equivale a una vida útil estimada de entre diez y quince años. [9]
La mayoría de las células de combustible domésticas son comparables a los sistemas fotovoltaicos de energía solar residencial en términos de dólares por vatio instalado. [ cita requerida ] Algunas células de combustible domésticas impulsadas por gas natural pueden generar ocho veces más energía por año que la instalación solar del mismo tamaño, incluso en las mejores ubicaciones solares [ cita requerida ] . Por ejemplo, una célula de combustible doméstica de 5 kW produce alrededor de 80 MWh de electricidad y calor combinados anuales, en comparación con aproximadamente 10 MWh generados por un sistema solar de 5 kW. Sin embargo, estos sistemas no son directamente comparables porque la energía solar es un recurso renovable que básicamente no tiene costos operativos, mientras que el gas natural no lo es.
Los costos operativos de las celdas de combustible para uso doméstico pueden ser tan bajos como 6,0 centavos por kWh, en base a $1,20 por termia para el gas natural, suponiendo el uso completo de la carga eléctrica y térmica. [ ¿dónde? ] [ cita requerida ]
Las pilas de combustible residenciales pueden tener altos costos de capital inicial : en diciembre de 2012, Panasonic y Tokyo Gas Co., Ltd. vendieron alrededor de 21.000 unidades PEM Eni-Farm en Japón por un precio de 22.600 dólares antes de la instalación. [10]
En los Estados Unidos, las pilas de combustible para uso doméstico pueden beneficiarse de importantes incentivos y descuentos tanto a nivel estatal como federal como parte de la política de energía renovable . Por ejemplo, el descuento del Programa de incentivos para la autogeneración de California (SGIP) (2.500 dólares por kW) y los créditos fiscales federales (1.000 dólares por kW residencial y 3.000 dólares por kW comercial) reducen significativamente el coste neto de capital para el cliente. Para las empresas, se pueden obtener ventajas económicas adicionales a partir de bonificaciones y depreciación acelerada de las pilas de combustible. [11]
Además, las pilas de combustible domésticas reciben crédito de medición neta en muchas áreas de servicio por cualquier exceso de electricidad generada pero no utilizada al devolverla a la red eléctrica . [12]
La Base de Datos de Incentivos Estatales para Energías Renovables y Eficiencia (DSIRE) proporciona información completa sobre los incentivos estatales, locales, de servicios públicos y federales que promueven la energía renovable y la eficiencia energética . [13]
En California, en particular, las empresas de servicios públicos cobran tarifas más altas por kWh a medida que el consumo de energía supera los niveles de referencia establecidos; el nivel superior se fija en las tarifas más altas para desalentar el consumo en esos niveles. Las pilas de combustible para el hogar reducen la exposición de los clientes a las tarifas más altas, lo que permite a los propietarios ahorrar hasta un 45% en costos anuales de energía. [14]
Las pilas de combustible para uso doméstico son un mercado nuevo y representan un cambio fundamental en la obtención de energía. [15] Un sistema individual de pilas de combustible para uso doméstico instalado en un hogar estadounidense se alinea con la independencia energética de ese país . Los sistemas de pilas de combustible para uso doméstico en los hogares podrían reducir la dependencia de los servicios públicos, aumentar la eficiencia energética y reducir la dependencia de Estados Unidos de las importaciones de energía extranjera. [16] Esta autogeneración de energía en un enfoque de generación distribuida aseguraría y aumentaría la capacidad de generación de energía de Estados Unidos, lo que permitiría enviar la electricidad no utilizada de vuelta a las redes sin tener que añadir nuevas plantas de energía y líneas de transmisión. [ cita requerida ]
