Cómo funciona el Powerwall de Tesla

En abril de 2015, Tesla Motors provocó un gran revuelo entre los usuarios de energía solar y los expertos de la industria de servicios públicos al anunciar su entrada en el mercado de baterías domésticas e industriales. La compañía ofrecería dos baterías para el hogar, una Powerwall de 7 kilovatios-hora para uso diario ($3,000) y una versión de 10 kwh para energía de respaldo ($3,500), así como una batería escalable comercial/utilitaria de 400 kwh para grandes edificios [fuente: CNN ] .

En la primera semana, la empresa acumuló 38 000 reservas de Powerwalls y 2500 pedidos de paquetes de energía más grandes [fuentes: Geuss ; Randall ]. Lo que impulsó el rumor fue la esperanza de que los nuevos productos de Tesla pudieran reactivar el interés de los consumidores en el autoalmacenamiento solar al reequilibrar la ecuación de efectivo por kilovatio a favor de la energía acumulada.

Alcanzar ese punto de inflexión es esencial para el futuro de la energía solar. Aunque la tecnología solar ha avanzado mucho, su principal inconveniente sigue siendo el mismo: las células solares deben recolectar energía mientras brilla el sol. Eso significa que hasta que comencemos a estacionar paneles solares en el espacio y transmitamos energía a la Tierra, los usuarios de energía solar deben pasar sus noches conectados a la red, consumiendo energía del generador o recreando los días de los pioneros. Lo ideal sería que pudieran almacenar la energía solar del día para “autoconsumirse” por la noche, pero las baterías que hay actualmente en el mercado dejan mucho que desear.

Principalmente, son demasiado caros. Los costos pueden alcanzar hasta $ 600 por kwh de almacenamiento, con $ 100 por kwh marcando una especie de barrera de sonido de la industria. Para poner eso en perspectiva, el hogar estadounidense promedio usa alrededor de 30 kwh por día. A partir de marzo de 2015, el costo residencial promedio para beber de la red registró 12,35 centavos por kwh, o alrededor de $3,71 por día [fuentes: USEIA ; USEIA ].

Al igual que las baterías recargables de su cámara o teléfono celular, estas celdas de energía solo pueden recargarse tantas veces antes de degradarse. Eso le da a las baterías domésticas e industriales actuales una vida útil de alrededor de 3 a 10 años y mantiene altos los costos de la batería [fuentes: Aziz ; NMSEA ]. Muchos usuarios estadounidenses de energía solar, tanto residenciales como comerciales, encuentran que simplemente vender el exceso de energía a la red eléctrica durante el día y volver a comprarla por la noche paga mejor [fuentes: Galbraith ; Geuss ; NMSEA ]. Pero para los de mentalidad ecológica, este canje, que intercambia energía verde por energía de combustibles fósiles, es un trato molesto.

Si el Powerwall da esperanza a algunos consumidores de energía solar de que se avecina una mejor oferta, entonces también energiza las perspectivas futuras de Tesla, tanto en el mercado automotriz como en el de la energía. Para reducir los costos del lado del negocio de Tesla Motors, que actualmente pierde $ 15,000 por Model S vendido, la compañía necesita ingresar al negocio de las baterías a lo grande [fuente: Helman ]. Una mayor demanda de tecnología de baterías de Tesla Energy, parte de la cual se basa en la misma batería que el Model S, podría ayudar a financiar las instalaciones esenciales de I+D y fábricas. Las economías de escala resultantes también podrían transformar el mercado de las baterías solares.

Pero no todos están convencidos de que la exageración esté justificada, al menos no todavía.

Contenido

1. La necesidad de una mejor batería solar
2. El mercado real de Powerwall
3. El resultado final de Powerwall

No hay duda de que el interés en la energía solar está aumentando. Solo en 2014, la energía fotovoltaica en EE. UU. superó los niveles de 2013 en 6,2 gigavatios. Es probable que ese aumento del 30 por ciento continúe en 2015, impulsado por la caída de los costos, los programas de incentivos y el aumento de los planes de arrendamiento [fuente: Cusick y ClimateWire ]. En los próximos cinco años, la energía solar representará más del 50 por ciento de la energía en California (durante las horas de sol) [fuente: Randall ].

Pero la energía solar, como la mayoría de las fuentes renovables , sigue siendo una bolsa mixta. Así como los primeros paneles apenas arrojaban suficiente jugo para justificar sus costos, las opciones de almacenamiento actuales solo tienen sentido para un pequeño subconjunto de usuarios de energía solar [fuente: Cusick y ClimateWire ]. En áreas remotas, donde las conexiones a la red son costosas y erráticas, incluso las baterías toscas tienen sentido. Lo mismo es válido para países de alto costo y bajo consumo como Alemania o Hawái, donde pagan tres veces más por la energía que los continentales [fuentes: Galbraith ; Geuss ; helman ; Randall ].

Pero en el resto de los EE. UU., las tarifas de energía siguen siendo lo suficientemente baratas como para que la mayoría de los hogares se adhieran al modelo de recompra, un intercambio que fue posible por primera vez gracias a la Ley de Políticas de Regulación de Servicios Públicos (PURPA) de 1978. Con la intención de reformar las estructuras de tarifas , apoyar la cogeneración y impulsar la energía alternativa, PURPA también abrió la puerta para que entidades más pequeñas desafiaran los monopolios energéticos [fuente: NMAH ]. Una batería eficiente y rentable podría ampliar esa brecha, y ahí es donde entra Tesla.

Actualmente, los clientes solares alemanes gastan $2200 por kwh en productos de almacenamiento proporcionados por la empresa austriaca Fronius Energy [fuente: Galbraith ]. Eso incluye una batería grande del tamaño de una mini-nevera, un medidor de energía y un inversor grande del tamaño de una mochila para convertir la corriente continua (CC) de la batería nuevamente en corriente alterna (CA) que la casa puede usar. Compare eso con el elegante Powerwall montado en la pared de Tesla, que ofrece una batería de ciclo diario de 7 kwh por $ 3,000 (inversor no incluido), y comenzará a ver por qué Fronius se asoció con Tesla para proporcionar el Powerwall a sus clientes [fuentes : Fronius Internacional ; Galbraith ].

Pero Fronius y Tesla están lejos de ser los únicos juegos de la ciudad. Se enfrentan a una dura competencia de empresas probadas y ricas en efectivo como Samsung SDI y LG Chem, así como de empresas más pequeñas, algunas de las cuales, como la startup Stem, han hecho avances con una o dos empresas de servicios públicos importantes [fuente: Groom ].

En cuanto a Hawái, Tesla planea ofrecer la opción de batería de ciclo diario en 2016, el mismo año en que se traslada a la región de Asia-Pacífico. Los ciudadanos solares del estado de Aloha, que actualmente gastan 37 centavos por kwh en comparación con el promedio de EE. UU. de 12,5, pagarían 15 centavos por kwh proyectados usando Powerwall [fuentes: Geuss ; helman ; Randall ].

Todo suena prometedor. Entonces, ¿por qué algunas personas todavía albergan dudas?

Cuento de la cinta

Tesla ofrece dos modelos domésticos Powerwall, una batería de ciclo diario de 7 kwh y una batería de respaldo de ciclo semanal de 10 kwh. Las unidades entregan 2 kW continuamente (pico de 3,3 kW) a 350-450 voltios y 5,8 amperios (pico de 8,6 amperios). Para poner eso en perspectiva, las computadoras portátiles y los reproductores de Blu-ray usan alrededor de 0.015 kW, mientras que un acondicionador de aire de 7,000 a 10,000 Btu consumirá 1.0-1.5 kW mientras está en funcionamiento, y 2-3 veces más durante el arranque [fuente: DonRowe.com ].

Si piensa en la energía como agua, entonces los kilovatios describen el tamaño de la tubería y los kwh definen cuánto aguantará el tanque, o cuántos "galones" usará con el tiempo. Por lo tanto, un acondicionador de aire de 1,0 kW ocupará la mitad de su tubería de energía y agotará su tanque de energía de 7 kwh en menos de 7 horas. Sin embargo, tenga en cuenta que los electrodomésticos solo consumen energía mientras están en funcionamiento, por lo que incluso los electrodomésticos que consumen mucha energía, como los microondas, pueden funcionar si se manejan adecuadamente.

Los Powerwalls funcionan con redes eléctricas monofásicas o trifásicas y están clasificados para uso en interiores o exteriores y para temperaturas de menos 4 a 110 F (menos 20 a 43 C). Los Powerwalls miden 51,2 x 33,9 x 7,1 pulgadas (130 centímetros x 86 centímetros x 18 centímetros) y vienen con una garantía de 10 años. El inversor CC/CA se vende por separado.

Los compradores de baterías para el hogar enfrentan un problema familiar para los usuarios de energía alternativa, a saber, que los ahorros no compensan los costos, al menos no todavía. Muchos críticos argumentan que todos los electrodomésticos, excepto los más frugales, devorarán rápidamente los 2 kilovatios que las baterías descargan, especialmente cuando se encienden los calentadores o los acondicionadores de aire durante los apagones, pero no todos están de acuerdo en ese punto (ver la barra lateral anterior) [fuentes: Galbraith ; Geuss ; Randall ; Motores Tesla ].

Sin embargo, el uso de baterías de automóviles para alimentar los hogares tiene sentido, y los ingenieros han dado vueltas a la idea desde al menos 2010. Las baterías de los automóviles eléctricos, que producen mucho más jugo que la variedad doméstica, retienen alrededor del 75 por ciento de su capacidad cuando se reemplazan, más de suficiente para administrar una casa de buen tamaño [fuentes: Sherman ; Waldo ].

Pero el caso de uso más prometedor en este momento es menos residencial y más comercial: las baterías comerciales/utilitarias escalables de 400 kwh de Tesla, compuestas por las mismas celdas básicas que utiliza Tesla Motors en su Model S [fuentes: CNN ; vance ]. Para las empresas de servicios públicos, la razón tiene que ver con la demanda máxima de energía.

Resulta que las empresas de servicios públicos encuentran las horas y los días de máxima demanda de energía casi tan costosos e irritantes como nosotros. Esto se debe a que, para mantenerse al día con la reducción adicional, las compañías de energía deben mantener plantas eléctricas especiales para picos, también conocidas como plantas pico o picos , que permanecen inactivas la mayor parte del tiempo. Para empeorar las cosas, estas plantas, que deben encenderse y apagarse rápidamente, queman gas natural costoso (aunque algunas funcionan con fuel oil o energía hidroeléctrica). Las baterías baratas y confiables podrían permitir que las empresas de servicios públicos distribuyan la carga, almacenando energía barata fuera de las horas pico y distribuyéndola durante las horas pico [fuentes: EPA de Illinois ; poder de Oglethorpe ; Randall ].

Algunas empresas de servicios públicos, incluidas Southern California Electric y OnCor, con sede en Texas, ya están probando este enfoque [fuente: Randall ]. Si se pone de moda, su casa pronto podría funcionar con energía de la batería, ya sea que compre un Powerwall o no.

Mientras tanto, empresas como Walmart, Amazon y Google están probando las baterías de Tesla como una forma de reducir los costos de energía, aprovechar al máximo la energía limpia en el sitio y proporcionar respaldos de energía para las operaciones y los centros de datos [fuentes: Randall ; vance ].

En resumen, los pronósticos para el lado de los servicios públicos y los negocios parecen buenos, y eso podría hacer que el lado del consumidor se vea cada vez mejor. Pero, ¿deben los usuarios domésticos esperar a que las fuerzas del mercado hagan su magia, o pueden los gurús de lo ecológico defender hoy los Tesla Powerwalls?

Conozca sus baterías de iones de litio

Las baterías de iones de litio, o Li-ion, vienen en una variedad de sabores. La batería de níquel-manganeso de 7 kwh de Tesla y su respaldo de níquel-cobalto de 10 kwh usan celdas de iones de litio, pero cada una se distingue por la combinación de materiales que forman su cátodo (el electrodo por el cual la corriente sale de una celda) [fuentes: Geuss ; Randall ].

Los autos de Tesla usan baterías NCA con cátodos de litio, níquel, cobalto y óxido de aluminio. Es probable que su Powerwall de 10 kwh incluya alguna versión de esta celda de alta densidad de energía. Por el contrario, sus baterías NMC de 7 kwh emplean un cátodo de óxido de níquel, manganeso y cobalto, lo que les permite realizar ciclos de manera eficiente y más frecuente [fuentes: Fehrenbacher ; Geuss ; iluminación mundial ; Randall ].

Poco después del gran anuncio de Tesla, los críticos quitaron algo de brillo a la elegante carcasa lenticular de Powerwall, argumentando que los dispositivos solo tenían sentido financiero como juguetes para los primeros usuarios ricos y ecológicos [fuente: Helman ]. Incluso el instalador de techos más grande de EE. UU., SolarCity, cuyo presidente y principal accionista es el director ejecutivo de Tesla, Elon Musk, optó inicialmente por no proporcionar Powerwalls a los clientes actuales, diciendo que aún no son rentables [fuentes: Geuss ; Randall ; vance ]. En cambio, la compañía planea ofrecer las baterías a sus clientes hawaianos en 2016 [fuentes: Geuss ; helman ; Randall]. También permitirá a los nuevos clientes optar por el Powerwall como parte de un plan de arrendamiento de $ 5,000 por nueve años, o comprarlo ellos mismos a $ 7,140, ​​una gran sacudida en comparación con el precio de $ 3,000 de Tesla [fuentes: Galbraith ; Downing y Goossens ; Randall ].

¿Por qué el costo adicional? Podemos especular que parte del dinero extra cubrirá las tarifas de arrendamiento y los costos de un inversor. Tesla afirma que su Powerwall no requiere mantenimiento, pero otros detalles que afectan la vida útil de las baterías siguen sin estar claros ni probados, por lo que parte del precio podría incluir costos de reemplazo. Las baterías actuales de ciclo profundo necesitan cambiarse aproximadamente cuatro veces durante la vida útil de los paneles solares . También es posible que, dada la corriente de 2 kW de Powerwall, SolarCity planee equipar a sus clientes con dos unidades cada uno [fuente: Helman ].

Los usuarios de Powerwall podrían ahorrar mucho dinero y posiblemente hacer que sus apuestas valgan la pena, siendo dueños de su propio equipo o poniendo en común los recursos de la comunidad pero, de nuevo, esto es en gran parte especulativo [fuentes: Helman ; Gangemí ].

Por ahora, la entrada de Tesla en el mercado de las baterías es una apuesta, y muy grande. En el lado positivo, Tesla ya forjó asociaciones con empresas de gran peso y su precio parece atractivo para las empresas de servicios públicos. Los ecologistas y los adictos a los gadgets del mundo se unirán sin importar lo que pase y, en términos de inversión, ninguna otra celda residencial es adecuada para sostener la caja de batería de Tesla. Si el costo de las baterías de iones de litio continúa cayendo tan rápido como el de los sistemas fotovoltaicos, entonces el futuro de las baterías estacionarias de Tesla podría verse brillante [fuente: Randall ].

Dicho esto, en términos absolutos, el Powerwall sigue siendo caro. Además, la compañía que lo fabrica está en camino de perder $500 millones en 2015, gasta dinero como el caucho de una llanta y luce el tipo de precios de acciones exagerados que harían sonrojar a un punto com, todo lo cual podría sumarse a una compañía de sustentabilidad. eso no es muy sostenible [fuentes: Helman ].

Tesla Powerwalls estará disponible a fines del verano de 2015 en los EE. UU., en algún momento de ese año en Europa y a principios del próximo en la región de Asia-Pacífico [fuente: Galbraith ]. Después de eso, solo el tiempo dirá si las baterías de Tesla sacuden la red o se agotan.

La Gigafábrica

Alejarse de las baterías de Panasonic y Samsung y fabricar las suyas propias es un elemento clave en los planes de Tesla. Para hacer el cambio, la compañía está construyendo una instalación de baterías de $ 5 mil millones en el norte de Nevada [fuentes: Randall ; vance ]. Esta llamada gigafábrica está programada para comenzar la producción en 2017 y está programada para producir 30 gigavatios-hora de capacidad de batería anualmente, más que toda la producción mundial de 2013 [fuente: Gies ]. Pero los críticos han expresado su preocupación de que la instalación de energía neta cero de Tesla consuma agua en una región que no puede darse el lujo de perder una gota, y cuestionan si la fábrica puede hacerlo de manera limpia o sostenible [fuente: Chereb ].

Nota del autor: cómo funciona Tesla Powerwall

Podría decirse que la verdadera historia de Tesla Energy es la gigafábrica actualmente en construcción en el norte de Nevada. Si se cree en sus proyecciones de producción, es posible que el mundo tenga que luchar para producir suficiente litio para mantenerse al día, al menos, si quiere mantener baja la huella de carbono. Pero si se puede hacer, y si se las arreglan para no arruinar el suministro de agua de Reno, los beneficios de la tecnología de baterías podrían ser realmente transformadores.

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