La batería Tesla: el autoconsumo energético al alcance de la mano

Ignacio Mártil

Catedrático de Electrónica de la Universidad Complutense de Madrid y miembro de la Real Sociedad Española de Física

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El fabricante de vehículos eléctricos de lujo Tesla acaba de presentar lo que denomina una “batería para el hogar” destinada, según indica el fundador de la compañía, Elon Musk, a cambiar “toda la infraestructura energética del mundo”.  Con objetivos algo más modestos y limitados, ¿sería esto posible en España? Este artículo va destinado a tratar de responder a esta pregunta.

Según los datos del IDAE, la energía total consumida por cada uno de los hogares españoles en el año 2012 (datos que se obtuvieron a partir de una amplísima encuesta) fue de 0,852 toneladas equivalentes de petróleo (9.922 kilovatios hora, kWh). Esa cantidad contabiliza todas las fuentes de energía consumidas, cuyo reparto porcentual fue el siguiente: Electricidad: 35,1%; Gas Natural: 24,9%; Derivados del Petróleo: 22,1%; Energías Renovables: 17,7% y Carbón: 0,1 %.

Por lo que se refiere al consumo de energía eléctrica, que es el objetivo de este artículo, la cantidad consumida por cada uno los hogares fue, de acuerdo con los porcentajes anteriores, el 35% de 9.922 kWh, es decir, 3.487 kWh/año. Puesto que en España hay 18,2 millones de hogares según los datos del INE, el consumo diario de energía eléctrica en cada hogar fue de 3.487 kWh/365 días = 9.55 kWh. Dado que somos 47,2 millones de habitantes, en cada hogar hay, en promedio, 2.6 personas y por lo tanto, el consumo diario de energía eléctrica por persona es de 9.55 kWh/2.6 personas = 3.7 kWh. Los principales responsables del consumo de esa energía son los electrodomésticos (55% del total) y la iluminación (12% del total). El resto se lo reparten cocina, calefacción, agua caliente, etc.

Al día de hoy, cerca del 90% de los hogares adquieren la energía eléctrica a las grandes compañías del sector, ¿debemos seguir dependiendo de ellas para satisfacer nuestras necesidades de energía? O por el contrario, ¿es posible plantearse el futuro en términos de autoconsumo de electricidad? Lo analizo a continuación.

Lo primero que hay que destacar para responder a la pregunta anterior es que no es necesario plantearse revoluciones tecnológicas, ni recurrir a soluciones milagrosas que aguardan en un futuro indefinido; hoy en día ya disponemos de tecnologías sostenibles y escalables para lograr energía eléctrica autónoma y limpia (principalmente, energía solar fotovoltaica) y para el ahorro energético (bombillas LED y electrodomésticos de clase A).

El último en apuntarse a este catálogo de novedades es la batería Tesla, mediante la que el sueño de poder satisfacer nuestras necesidades cotidianas de energía eléctrica sin depender de la conexión a la red está al alcance de la mano. Para lograrlo, hay que diseñar y dimensionar una instalación que proporcione tanto la energía como la capacidad de almacenarla. La siguiente figura muestra el esquema de una instalación así:

Esquema de funcionamiento de un sistema de autoconsumo con paneles solares y una batería Tesla. Fuente: adaptado de Tesla Powerwall

El sistema en su conjunto funciona así:

• Paneles solares, instalados en el tejado de la vivienda. Son los encargados de transformar la energía solar en energía eléctrica.
• Sistema de almacenamiento, batería Tesla: almacena el exceso de energía generado por los paneles en los períodos del día de baja demanda.
• Inversor: convierte la electricidad producida en los paneles (que es continua, DC) en electricidad útil para su uso en los diferentes dispositivos domésticos, que necesitan electricidad alterna (AC).

¿Es viable económicamente esta instalación? En los siguientes párrafos, presento unos cálculos para responder a la pregunta.

1.- Consumo de electricidad por hogar.Como ya se ha indicado, en promedio el consumo diario de energía eléctrica es de 3,7 kWh por persona. En una instalación desconectada de la red eléctrica, habría que considerar los excesos de demanda debidas a imprevistos, como por ejemplo un incremento debido a períodos de fuerte calor o frío, días nublados, etc, por lo que un consumo más realista que tenga en cuenta los imprevistos elevaría esa cantidad en, por ejemplo, un 35% hasta 5 kWh. Al cabo de un año, la instalación estaría preparada para satisfacer un consumo por persona de 5 kWh x 365 días = 1.825 kWh por persona. En un hogar promedio con 2.6 personas (es decir con 3 personas, ya que no se pueden fraccionar), una instalación que pueda dar cuenta de los picos de demanda sería de 1.825 x 3 = 5.475 kWh/año. Recalco que esto no significa que se consuma toda esa energía si no que de cara al autoabastecimiento, es necesario dimensionar la instalación para evitar que se queden sin cubrir los imprevistos.

2.- Superficie y número de paneles solares necesarios.En una ubicación geográfica como Madrid, que tiene unos niveles de insolación en promedio anual de 1.550 kWh/m².año, una instalación fotovoltaica que pueda producir 5.475 kWh/año, debe tener una determinada superficie de paneles solares. De otra parte, la mayoría de los paneles comerciales tienen una eficiencia de conversión de la energía solar en energía eléctrica del 14%. Con estas consideraciones, la superficie necesaria se puede determinar mediante el siguiente cálculo sencillo:

Energía a producir = Energía solar incidente x Superficie paneles x Eficiencia paneles

Así pues,

Superficie paneles = Energía a producir/(Energía solar incidente x Eficiencia paneles)= 5.475/(1.550 x 0.14) = 25.2 m² por hogar.

Estos datos se modificarían al variar la ubicación geográfica de la instalación y por consiguiente los niveles de irradiación, siendo necesaria menor superficie cuanto mayor sea el nivel de irradiación solar.

La gran mayoría de los paneles fotovoltaicos comerciales tienen 1.6-1.7 m², y suministran una potencia de 180-200 vatios (W). Tomando valores medios para ambas características (1,65 m² y 190W), en un hogar con tres personas equipado con esos paneles se necesitarían 25.2/1.65 = 15,3 paneles, con lo que redondeando al alza, instalaríamos 16 paneles o lo que es lo mismo, 190W x 16 paneles = 3.040W.

3.- Coste de los paneles y de otros elementos de la instalación.Hay múltiples ofertas accesibles en el mercado, la gran mayoría con costes en el margen 1-1,1 €/W. Tomando como dato para el cálculo un valor promedio de 1,05 €/W, el coste de los paneles supondría 3.040W x 1,05€/W = 3.192 € (redondeando al alza, 3.200€). A eso habría que añadir el coste del inversor y de la instalación del sistema completo. El coste del inversor para la potencia indicada se sitúa en 700€ y la instalación completa (soportes de paneles, cableado, regulador, etc.) dependerá en buena medida de la dificultad de la instalación; puede suponer cerca de 2.000€.

4.- Coste de la batería Tesla de almacenamiento y de la instalación finalizada.Como el sol no luce todo el día y en ocasiones esta nublado, se necesita un sistema de almacenamiento de la energía para asegurarse el suministro durante la noche y en los períodos de cielos cubiertos. Y ahí es donde entra la batería Tesla recientemente anunciada. Son baterías de 10 kWh, muy próximo al equivalente del consumo eléctrico diario de un hogar medio (recuérdese la cifra, 9,55 kWh) por lo que la batería Tesla permitiría cubrir las necesidades de energía durante las horas de oscuridad holgadamente.

En los momentos del día de escaso consumo (después del desayuno y hasta la hora de la comida, después de la comida hasta el atardecer), la energía generada por los paneles cargaría la batería Tesla y por la noche, sería la encargada de suministrar la energía, aunque no hay datos acerca del tiempo necesario para recargarla. El coste de dichas baterías es 3.500 dólares (~3.100 euros). Ese es el precio de comercialización en Estados Unidos, se desconoce aún cuánto costará en Europa.

Así pues, la instalación completa supondría un desembolso de:

Paneles + Inversor + Batería Tesla + Resto de la instalación = 3.200€ + 700€ + 3.100€ + 2.000€ = 9.000€.

5.- Ahorro económico.El gasto medio anual de electricidad de un hogar con tres personas y con un consumo como el señalada aquí (3,7 kWh por persona y día), a los precios de la energía del primer trimestre de 2015, se sitúa en 900-920€. Para comprobar si el desembolso de la instalación descrita es viable, hay que repartir la inversión a lo largo de 20 años para los paneles e instalación ya que ese es el período temporal que suelen ofrecer los fabricantes como garantía de los paneles y de 10 años para la batería, que es la garantía que ofrece el fabricante Tesla para el dispositivo y compararlo con el desembolso anual de 900-920€.

La amortización de paneles, inversor e instalación, excluyendo la batería (en total 5.900€) supondría un coste de 295€/año durante 20 años y la amortización de la batería Tesla, 310€/año durante 10 años. Por lo tanto, durante los primeros diez años de funcionamiento de la instalación, el desembolso anual sería 295€ + 310 € = 605€, cantidad que es un 33% inferior al recibo de la luz anualizado. A partir del décimo año, lo único que habría que seguir amortizando sería los paneles y el resto de la instalación, es decir 295€ cada año.

Ahora bien, Tesla ofrece una garantía de 10 años para su batería con lo que, poniéndonos en el caso peor, al cabo de diez años habría que sustituirla por otra. Por lo tanto, para el segundo período de 20 años de duración de la instalación y con una batería nueva, el coste anual repartido entre los segundos diez años volvería a ser de 605€/año. A todas luces el sistema descrito es rentable económicamente. No obstante, hay que señalar que el cálculo presentado aquí es muy simple, ya que no contabiliza efectos tales como períodos muy prolongados de días nublados, evolución futura de los precios de la energía de la red, de las baterías, sobrecostes por financiación parcial o total de la instalación, etc. Es una previsión a 20 años, pero con los costes de 2015. Se pueden realizar cálculos más precisos teniendo en cuenta todas estas consideraciones, pero quedan fuera del objetivo de este artículo.

La combinación de paneles solares que producen electricidad a costes comparables a los que se pagan con conexión a la red, unido a la capacidad de almacenamiento que aporta la batería Tesla representa un paso decisivo en el camino hacia el autoconsumo energético. Empleando algunas similitudes y según indicó Elon Musk durante la presentación, la batería Tesla podría desempeñar en la energía doméstica “un papel similar a la manera en la que los teléfonos móviles han sustituido a los fijos” y añadió que la batería “será un gran paso para las comunidades más pobres del mundo” porque “eliminará la necesidad de las redes eléctricas”.