Almacenamiento de energía para la autosuficiencia: los museos son cada vez más independientes de la red

El mundo necesita almacenar energía a medida que avanzamos hacia la electricidad renovable procedente de la energía solar y eólica. El sol proporciona a la Tierra más energía en una sola hora que la que la humanidad consume en un año entero. Esto representa una gran oportunidad para las instituciones, organizaciones y entidades culturales que desean ser más sostenibles. Los museos han comenzado a reconocer y aprovechar este potencial.

El almacenamiento de energía solar ha aumentado significativamente en los últimos años. En 2017, solo el 2,8 % de las instalaciones solares contaban con sistemas de almacenamiento. Esta cifra ascendió al 11,2 % en 2021, y los expertos predicen que alcanzará el 29,3 % en 2025. Ahora se comprende que combinar diferentes opciones de almacenamiento ayuda a satisfacer la demanda energética local con instalaciones más pequeñas, a la vez que reduce la dependencia de la red eléctrica.

Los museos que buscan la autosuficiencia energética disponen de diversas opciones, desde el almacenamiento en baterías y el almacenamiento térmico hasta soluciones energéticas a largo plazo. Estas tecnologías contribuyen a la consecución de los objetivos de sostenibilidad y ofrecen ventajas prácticas, como menores costes operativos y un suministro energético fiable.

Cómo ha evolucionado el almacenamiento de energía en espacios públicos

En combinación con una construcción ligera, el consumo energético incorporado es mucho menor que en un edificio macizo de ladrillo cocido u hormigón. El consumo total de energía durante la vida útil del edificio es insignificante en comparación con los depósitos y archivos de museos convencionales

Así lo explica Tim Padfield , consultor independiente de conservación preventiva, anteriormente en el Museo Nacional Danés .

La experiencia en almacenamiento de energía se remonta siglos atrás a métodos tradicionales como las centrales hidroeléctricas de almacenamiento por bombeo, que se utilizan en Estados Unidos desde la década de 1920. Si bien el almacenamiento mecánico dominó este campo en el pasado, las tecnologías avanzadas han cambiado drásticamente la situación.

Las soluciones de almacenamiento de energía se han vuelto más accesibles a un público más amplio gracias a la infraestructura pública. Las centrales hidroeléctricas de bombeo siguen siendo la columna vertebral del suministro energético, representando el 95 % del almacenamiento de energía a escala de servicios públicos. Los sistemas de almacenamiento en baterías han cobrado una importancia significativa, y la tecnología de iones de litio domina actualmente más del 90 % del mercado mundial de baterías conectadas a la red eléctrica.

Museos y centros culturales de todo el mundo lideran este desarrollo con iniciativas pioneras. El Museo y Centro Cultural Indígena de California opera actualmente un sistema solar de 76,5 kilovatios, combinado con un sistema de almacenamiento de baterías de iones de litio de 220 kilovatios-hora. Esta configuración permite que el centro funcione como cámara frigorífica, ofreciendo refugio para hasta 125 personas durante cortes de electricidad.

introducción de sistemas de energía solar fotovoltaica y almacenamiento de energía por parte del Museo Nacional Nórdico respalda su visión de convertirse en un campus 100 % alimentado con energía solar . Estos sistemas reducen los costos operativos y crean centros para la resiliencia comunitaria.

Estados Unidos generó 4 mil millones de megavatios-hora de electricidad en 2017, pero con tan solo 431 MWh de capacidad de almacenamiento, estaba lejos de ser suficiente. Sin embargo, esta brecha se está cerrando más rápidamente, ya que BloombergNEF predice que el uso del almacenamiento de energía crecerá un 27 % anual hasta 2030.

Diseño de un sistema energético autosuficiente para museos

Para ser verdaderamente autosuficientes, los museos necesitan un equilibrio entre la conservación de las obras de arte y las tecnologías energéticas modernas. El mayor reto reside en mantener un estricto control de la temperatura y la humedad de las obras, a la vez que se ofrece a los visitantes un entorno cómodo y acogedor.

Los sistemas de almacenamiento de energía térmica ofrecen soluciones económicas para las necesidades de climatización. El Museo Brusk de Bélgica demuestra su eficacia: ha instalado un sistema de batería de frío ICEBAT de 1300 kWh que protege las obras de arte incluso cuando fallan los sistemas de refrigeración. El Museo del Descubrimiento de Fort Collins adoptó un enfoque similar con su sistema de almacenamiento de hielo en la azotea. Su sistema produce hielo por la noche, cuando los costes energéticos son bajos, y lo utiliza para refrigerar el edificio durante el día.

Los inversores inteligentes desempeñan un papel crucial al convertir la corriente continua (CC) de los paneles solares en corriente alterna (CA). Estos dispositivos también respaldan la red eléctrica con funciones como la regulación de voltaje. Además, los sistemas de almacenamiento de energía a largo plazo (SALD) alimentar instalaciones hasta 10 horas, mucho más que las baterías de iones de litio tradicionales, que solo duran cuatro horas.

El Museo del Descubrimiento Infantil demuestra la importancia de la monitorización en este campo. Utilizaron registradores de datos para rastrear los cambios de temperatura y lograron reducir sus costos de energía en un 48 %. Solo requirieron algunas optimizaciones en su sistema de automatización de edificios.

Los museos que buscan la independencia energética deberían combinar diferentes enfoques. Los expertos sugieren utilizar almacenamiento térmico para la refrigeración, baterías para alimentar luces y aparatos electrónicos, y fuentes de energía renovables adaptadas a las necesidades específicas de cada institución. Esta estrategia integral contribuye a la preservación de las obras de arte, a la vez que ahorra dinero y protege el medio ambiente.

El Museo del Motor de Brisbane alcanza el 90% de autosuficiencia energética

Desde el 16 de junio de 2023, los entusiastas de los coches en Brisbane tienen un nuevo y emocionante destino para explorar. El Museo del Motor de Brisbane , ubicado en Banyo, es un lujoso centro diseñado específicamente para los amantes de los coches y las motocicletas. Con una superficie de más de 900 metros cuadrados, el museo cuenta con un espacio de exposición que exhibe entre 40 y 60 vehículos. Similar a una galería de arte, las exposiciones cambian cada tres meses y se centran en un tema específico.

Para garantizar condiciones óptimas para los vehículos recibidos y ofrecer a los visitantes una experiencia confortable en el corazón de Brisbane, diariamente se consume una cantidad significativa de energía para operar los sistemas de aire acondicionado continuo y control de humedad.

Para mitigar los altos costos de electricidad asociados con estos requisitos, el museo encargó a Springers Solar la instalación de un sistema solar de 100 kW . Para optimizar el espacio disponible, el sistema consta de paneles inteligentes SolarEdge de 270 × 370 W, estratégicamente ubicados tanto en las secciones inclinadas como planas del tejado del edificio. El museo optó por tres inversores trifásicos SolarEdge de 30 kW, reconocidos por su excepcional rendimiento en aplicaciones comerciales.

Gracias a la integración de una batería de 54 kWh, proporcionada por cuatro Tesla Powerwalls discretamente ubicados en el interior, el museo alcanza un notable nivel de autosuficiencia mediante energía solar. Estas baterías no solo garantizan la seguridad del museo, lo cual es especialmente importante para la conservación de los materiales de los Viejo Mundo expuestos, sino que también sirven como fuente de energía de respaldo inmediata durante cortes de electricidad. Los equipos esenciales seguirían funcionando sin problemas y las baterías compensarían el consumo eléctrico necesario para el control de la temperatura durante la noche.

Al implementar este sistema de energía solar y baterías, el museo reduce significativamente su huella de carbono y su factura de electricidad. Se estima que se ahorrarán 192 toneladas de emisiones de CO₂ al año, previniendo así su liberación a la atmósfera.

Ventajas de la independencia de la red eléctrica

El calor del verano se almacena en el subsuelo y se libera al edificio en invierno. La humedad relativa se reduce en verano mediante la deshumidificación solar y en invierno mediante un aumento de la temperatura

Así lo afirma Tim Padfield en su investigación.

Los museos que logran independencia energética mediante soluciones de almacenamiento obtienen beneficios que van mucho más allá de su impacto ambiental. Los costos de energía representan una gran parte del presupuesto de un museo y suelen ser el primer o segundo gasto más importante. El Museo de Ciencias de Minnesota demostró resultados notables, ahorrando más de $300,000 al año mediante la implementación de sistemas avanzados de recuperación de calor.

Estos museos energéticamente independientes también desempeñan un papel crucial en situaciones de emergencia. El sistema de energía solar y almacenamiento del Museo y Centro Cultural Indígena de California permite que las instalaciones funcionen como un refugio frigorífico, protegiendo hasta 125 personas durante cortes de electricidad. Esto demuestra cómo las instituciones culturales pueden convertirse en centros clave para el desarrollo de la resiliencia comunitaria.

Los edificios consumen el 35% de la energía mundial, lo que brinda a los museos una oportunidad única para dar ejemplo. Los museos son fuentes confiables de información que pueden educar eficazmente a los visitantes sobre las soluciones climáticas. Ofrecen recorridos de sostenibilidad entre bastidores que muestran todo, desde paneles solares hasta sistemas de ahorro de agua.

Varios programas de financiación en Estados Unidos apoyan estos cambios con subvenciones que van desde $10,000 para la planificación inicial hasta $100,000 para proyectos de implementación. Estas inversiones inteligentes permiten a los museos concentrar sus recursos en sus objetivos educativos y de conservación prioritarios, en lugar de tener que pagar facturas de servicios públicos. El resultado son instituciones que protegen tanto el patrimonio cultural como los recursos ambientales.

En Alemania también programas de financiación para renovaciones energéticamente eficientes e inversiones en sostenibilidad. Desde la perspectiva de un museo, conviene realizar una investigación o consulta exhaustiva al respecto.

equipo de EcoFlow , compuesto principalmente por ingenieros de baterías, ofrece a los lectores interesados ​​una visión general de los aspectos clave del almacenamiento de energía para la vida sin conexión a la red eléctrica . Se centra especialmente en las tecnologías disponibles, los aspectos a considerar al elegir una y cómo garantizar la independencia energética a largo plazo.

La importancia del almacenamiento de energía para una vida autosuficiente

Con un sistema de almacenamiento, puedes usar electricidad siempre que la necesites. Puedes usar la energía solar generada durante el día para iluminar tu casa, alimentar electrodomésticos o cargar tu coche eléctrico por la noche. Esta flexibilidad reduce la dependencia de los hogares de la red eléctrica y garantiza que la electricidad autogenerada se aproveche al máximo.

Otra ventaja es que protege contra cortes de energía. Los sistemas de baterías pueden suministrar energía durante los cortes, garantizando así que siempre haya energía disponible para la iluminación, los electrodomésticos o la calefacción, incluso en zonas sin conexión a la red eléctrica.

Este almacenamiento permite disponer de mucha más energía para el autoconsumo. Quienes generan más energía propia necesitan comprar menos. Esto minimiza la huella de carbono y, a largo plazo, ahorra dinero en la factura de la luz.

métodos de almacenamiento térmico , junto con baterías. Estas almacenan energía térmica para calentar rápidamente agua o edificios. Estos métodos, ya sea con energía fotovoltaica o con pequeñas turbinas eólicas, ofrecen una solución a largo plazo en zonas con condiciones climáticas adversas.

Diferentes tipos de sistemas de almacenamiento de electricidad

Los sistemas aislados requieren un almacenamiento energético eficiente para almacenar energía y liberarla cuando sea necesario. Las distintas tecnologías ofrecen distintas ventajas y aplicaciones.

Baterías: plomo-ácido vs. iones de litio

Las baterías de plomo-ácido son opciones robustas y rentables. Sin embargo, ofrecen una vida útil más corta y menor capacidad que las alternativas más modernas. Para aplicaciones con descargas frecuentes, ofrecen una estabilidad de ciclo limitada y requieren mayor mantenimiento.

Las baterías de iones de litio almacenan mucha energía sin ser pesadas y requieren muy poco mantenimiento. Si bien son más caras, duran más y ahorran dinero a largo plazo. Además, permiten un uso especialmente eficiente del exceso de energía solar, lo que resulta en una menor pérdida de energía.

El almacenamiento de hidrógeno como alternativa

Los sistemas de almacenamiento de hidrógeno utilizan el excedente de electricidad para la electrólisis y la almacenan a largo plazo. Esta tecnología permite una mayor capacidad y es especialmente adecuada para sistemas aislados a gran escala. Una ventaja es su capacidad de almacenamiento a largo plazo, que compensa las fluctuaciones estacionales.

Su instalación requiere tecnología compleja y una mayor inversión. Su uso en el sector privado sigue siendo limitado. Sin embargo, el hidrógeno ofrece potencial para sistemas energéticos sostenibles, especialmente cuando se combina con baterías.

Almacenamiento de energía térmica

Un sistema de almacenamiento térmico funciona básicamente como un termo grande: almacena energía en forma de calor, por ejemplo, en agua caliente. Esto permite abastecer la casa con agua caliente o energía para calefacción, lo cual es invaluable, especialmente en regiones frías.

Los sistemas de almacenamiento térmico son menos adecuados para satisfacer las necesidades de energía eléctrica. Sin embargo, suelen complementar el almacenamiento eléctrico para aumentar la eficiencia general. Estos sistemas facilitan un suministro de calor sostenible e independiente de la red eléctrica.

Seleccionar el sistema de almacenamiento adecuado

Vida útil y rendimiento

Con una vida útil de hasta 10 años y una alta estabilidad de ciclo, las baterías de iones de litio son una opción confiable. Los intervalos de reemplazo se reducen al mínimo. Al mismo tiempo, las bajas pérdidas de carga y la estabilidad del voltaje garantizan la eficiencia.

Esto reduce la dependencia de fuentes de energía externas y aumenta la estabilidad del suministro eléctrico fuera de la red.

Requisitos de capacidad y espacio

La capacidad de almacenamiento debe adaptarse al consumo energético promedio y a las fluctuaciones estacionales. Las baterías modulares expandibles ofrecen una solución flexible para esto. Las capacidades individuales varían de 3 a 5 kWh. Hay opciones de expansión disponibles si es necesario.

La alta densidad energética es una característica importante de las baterías que deben instalarse ahorrando espacio. Los sistemas de litio son más compactos que las alternativas de plomo-ácido, lo que los hace especialmente adecuados para áreas de instalación pequeñas.

Costos y eficiencia

Los sistemas de almacenamiento de litio requieren mucho menos espacio en comparación con las baterías de plomo-ácido convencionales, por lo que son perfectos para sótanos, garajes u otros espacios reducidos.

Los costos surgen de ciclos frecuentes de reemplazo o fallas técnicas.

Instalación y mantenimiento de sistemas de almacenamiento de energía

Aspectos de seguridad

Un lugar de almacenamiento seguro debe ser seco, estar bien ventilado y libre de materiales inflamables. Se requiere especial cuidado con las baterías de iones de litio, las más utilizadas. Los sistemas avanzados de gestión de baterías (BMS) protegen contra sobrecargas y descargas profundas. Los dispositivos no se sobrecalientan y el riesgo de incendio se minimiza gracias al control automático de la temperatura y a los apagados de emergencia.

Una temperatura ambiente óptima es de 10 a 30 °C. La unidad de almacenamiento debe ubicarse en un lugar de fácil acceso para que todos los dispositivos de seguridad puedan revisarse periódicamente. La proximidad al cuadro eléctrico ahorra cableado y simplifica el mantenimiento.

Instrucciones de mantenimiento

Los expertos recomiendan un electricista cualificado inspeccione su electrodoméstico cada cuatro años . Esto incluye limpiar los ventiladores, revisar las conexiones e inspeccionar la carcasa para detectar posibles daños. Para mantener el funcionamiento de las baterías de plomo-ácido, es necesario rellenarlas con agua destilada.

La temperatura y la ventilación deben supervisarse periódicamente. Los sistemas de iones de litio también requieren actualizaciones de software y firmware.

¿Cómo podría ser el futuro de los sistemas de almacenamiento de energía?

Para 2035, probablemente se observará una disminución significativa de los costos de dichos sistemas, debido en parte a los procesos de producción optimizados y a la creciente demanda.

Sin embargo, para respaldar el rápido aumento del uso de energías renovables, se necesitan soluciones de almacenamiento más flexibles, según expertos del sector. Se debe enfatizar el papel de los sistemas descentralizados para garantizar un acceso constante y menos fluctuante a la energía.

Empresas como EcoFlow Home Battery  utilizan soluciones de almacenamiento integradas con control inteligente y procesos automatizados para mejorar la gestión energética y optimizar el consumo.

Otro enfoque se centra en los sistemas de almacenamiento multifuncionales . Estos pueden proporcionar energía para diversas aplicaciones, como el funcionamiento de bombas de calor o la carga de vehículos eléctricos. Para satisfacer la creciente demanda energética de las instituciones culturales y los espacios artísticos modernos, la capacidad de estos sistemas también está aumentando.

Los científicos están desarrollando nuevas tecnologías, como las baterías de estado sólido a base de sodio . Estas tienen el potencial de mejorar aún más la densidad energética y la estabilidad del ciclo, a la vez que minimizan los riesgos de seguridad. En las próximas décadas, estas innovaciones influirán significativamente en el desarrollo de las tecnologías de almacenamiento de energía.

El progreso en eficiencia, reducción de costos y versatilidad es crucial para la toma de decisiones.