Una pila de combustible doméstica o una pila de combustible residencial es una pila electroquímica utilizada 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 suelen basarse en tecnología de calor y energía combinados (CHP) o microcombinación de calor y energía (m-CHP) , que generan tanto energía como agua o aire calentados.
Las pilas de combustible domésticas no suelen ser instalaciones independientes debido a su casi incapacidad para producir de forma constante la cantidad exacta de electricidad y calor necesaria. En cambio, pueden depender de la red cuando la producción de electricidad está por encima o por debajo de lo necesario. Además, una pila de combustible doméstica se puede combinar con un horno tradicional que sólo produce 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 pila de combustible. producción. [1]
La pila de combustible PEMFC m-CHP funciona a baja temperatura (50 a 100 °C) y requiere hidrógeno de alta pureza. Es propenso a la contaminación y se pueden realizar cambios para operar a temperaturas más altas y mejorar el reformador de combustible. La pila de combustible SOFC m-CHP funciona a alta temperatura (500 a 1.000 °CP) y puede manejar diferentes fuentes de energía, pero la alta temperatura requiere materiales costosos para soportar 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.
Debido a 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 adicional de energía 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, no suelen ser una instalación independiente, sino que se combinan con un horno tradicional y se conectan a la red para necesidades de electricidad superiores o inferiores a las producidas por la pila de combustible. Como tal, la eficiencia general está por debajo del 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 domésticas 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 de servicios públicos a través del panel de servicio principal de la casa y utilizando medición neta , las celdas de combustible del hogar pueden integrarse fácilmente con los sistemas eléctricos e hidrónicos existentes y cumplen con los requisitos de interconexión de servicios públicos. En caso de una interrupción de la red, el sistema cambia automáticamente para funcionar en un modo independiente de la red para proporcionar energía de respaldo continua para los circuitos dedicados del hogar mientras la red está fuera de servicio. También se puede modificar para que funcione fuera de la red .
Veinte empresas han instalado pilas de combustible Bloom Energy en sus edificios, incluidas 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 desde que se 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 del Área de la Bahía Bruce Raabe [6] y el inversor de capital de riesgo Gary Dillabough. [7]
Una celda que funciona comercialmente en Japón llamada Eni-Farm cuenta con el apoyo del gobierno regional y utiliza gas natural para alimentar la celda de combustible que luego produce electricidad y agua caliente.
En 2013, el 64% de las ventas mundiales de pilas de combustible microcombinadas de calor y energía superaron a los sistemas rotativos mecánicos convencionales en ventas en 2012. [8]
Las pilas de combustible tienen una vida útil media de unas 60.000 horas. Para las unidades de pila 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 celdas de combustible domésticas son comparables a los sistemas fotovoltaicos de energía solar residencial en términos de dólar por vatio instalado. [ cita necesaria ] Algunas celdas 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 necesaria ] . Por ejemplo, una pila 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 domésticas pueden ser tan bajos como 6,0 centavos por kWh basado en $1,20 por termia para el gas natural, suponiendo una utilización total de la carga eléctrica y de calor. [ ¿dónde? ] [ cita necesaria ]
Las pilas de combustible residenciales pueden tener costes de capital iniciales elevados : 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 EE. UU., las pilas de combustible domésticas pueden recibir importantes incentivos y descuentos tanto a nivel estatal como federal como parte de la política de energía renovable . Por ejemplo, el reembolso del Programa de Incentivos para la Autogeneración de California (SGIP) ($2,500 por kW) y los créditos fiscales federales ($1,000 por kW residencial y $3,000 por kW comercial) reducen significativamente el costo de capital neto para el cliente. Para las empresas, se pueden obtener ventajas monetarias adicionales mediante bonificaciones y una 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 volver a conectarla a la red pública . [12]
La Base de datos de incentivos estatales para energías renovables y eficiencia (DSIRE) proporciona información completa sobre 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 aumenta por encima de los niveles de base establecidos, y el nivel superior establece las tarifas más altas para desalentar el consumo en esos niveles. Las celdas de combustible domésticas reducen la exposición de los clientes a las tarifas más altas, lo que ahorra a los propietarios hasta un 45 % en costos energéticos anuales reducidos. [14]
Las pilas de combustible domésticas son un mercado nuevo y representan un cambio fundamental en el abastecimiento de energía. [15] Un sistema de pila de combustible individual instalado en un hogar estadounidense se alinea con la independencia energética de Estados Unidos . Los sistemas domésticos de pilas de combustible podrían reducir la dependencia de los servicios públicos, aumentar la eficiencia energética y reducir la dependencia estadounidense 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, permitiendo que la electricidad no utilizada se devuelva a las redes sin tener que agregar nuevas plantas de energía y líneas de transmisión. [ cita necesaria ]
