Cinco innovaciones para la revolución de las Construcción: Liberar el poder de los edificios de Corriente Directa (DC)

Dado que se espera que para el año 2030 la demanda mundial de electricidad aumente en un 20%, y la creciente presión para la transición a las energías renovables, la Guerra de las Corrientes vuelve a estar en el centro de atención.

Fue en el año 1880, cuando Westinghouse y Edison luchaban por su respectivo enfoque sobre la distribución de la electricidad, la infraestructura para transmitir energía de corriente directa (DC) era en ese momento ineficiente y costosa. Por lo tanto, el enfoque de Nikola Tesla que utiliza corriente alterna (AC) finalmente ganó. Y desde entonces, nuestra infraestructura eléctrica actual está dominada por la tecnología de AC. Pero, los tiempos han cambiado desde entonces.

Hoy en día, más del 70% de los dispositivos en un edificio necesitan corriente directa   para funcionar. La conversión de CA a CD supone un desperdicio de energía de hasta el 20%, según la Alianza Emergente (EMerge Alliance). Reducir la necesidad de conversión tiene profundas implicancias en cuanto al ahorro de energía y el impacto ambiental. Y es por eso que es fundamental eliminar o reducir la conversión de AC a DC en los edificios.

La Agencia Internacional de Energía informó que en el año 2021 el funcionamiento de edificios representó el 30% del consumo mundial de energía final y el 27% de la energía total de emisiones del sector. Como resultado, los gobiernos están ejerciendo una presión cada vez mayor sobre el sector construcción para que avance hacia directivas de rendimiento de energía ambiciosas y así reducir la huella de carbono de los edificios. Directivas como las de “edificios de energía casi nula” en Estados Unidos y Europa tengan como objetivo que los edificios requieran una cantidad baja de energía proporcionada por energías renovables producidas en el lugar y en los alrededores.

Directivas como estas, junto con el creciente uso del autoconsumo, el almacenamiento onsite de baterías y dispositivos alimentados por DC, desde la iluminación LED y sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) hasta vehículos eléctricos (EV) y dispositivos electrónicos, están llevando a la industria de la construcción a cambiar a la distribución de energía con DC.

El avance hacia sistemas de cables de DC confiables para microrredes de DC

En términos de distribución de energía eléctrica, hay un cambio progresivo hacia la DC debido al creciente interés en las microrredes de baja tensión (BT) y media tensión (MT), lo que refleja los cambios fundamentales en cómo se genera, almacena y consume la electricidad. Estamos convencidos, que las redes de AC y DC coexistirán con una importante participación.

Sin embargo, el conocimiento especializado del comportamiento del sistema de aislamiento, es vital para garantizar la fiabilidad de los cables y accesorios de BT en los edificios.

El comportamiento de los sistemas de cables LVAC* es ampliamente conocido, pero no así el de LVDC**.

Uno de los enfoques del centro de Investigación y Desarrollo de Nexans AmpaCity es optimizar el diseño de nuestros cables: realizamos esta optimización, la que se logra entendiendo el comportamiento eléctrico de los sistemas de aislamiento en condiciones de tensión de DC y el impacto de la CD en la rotura, el envejecimiento y la corrosión del cable.  También nos comprometemos a investigar los polímeros más efectivos de DC para el aislamiento de cables de DC con menor impacto ambiental que la solución clásica de AC.

*LVAC = Clip para accesorio de baja tensión
**LVDC = Corriente directa de baja tensión

La transformación de edificios a DC es un hecho

Como se mencionó anteriormente, la generación de energía se está acercando a la demanda. La energía solar fotovoltaica en techos es cada vez más común.  De acuerdo con la Estrategia de la Unión Europea (UE) sobre Energía Solar, la UE hará obligatoria la instalación de paneles solares en techos en los nuevos edificios públicos, comerciales y residenciales. Además, los paneles fotovoltaicos producen naturalmente CD. Además de la implementación generalizada de almacenamiento de baterías in situ para sistemas de energía ininterrumpida (UPS) utilizados por empresas y centros de datos para mantener la seguridad del suministro, junto con el creciente despliegue de sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) para el equilibro de la red.

Otro cambio importante en los últimos años es el crecimiento de los vehículos eléctricos (EV) y la necesidad de estaciones de carga de CD en edificios comerciales, residenciales y de oficinas. Con políticas globales que alientan y exigen el cambio a vehículos eléctricos, el mercado de cargadores está creciendo rápidamente, a una tasa de crecimiento anual compuesta estimada (CAGR) del 29% del 2023 al 2050.

Distribución local de energía de DC

Distribuir energía de DC localmente en todo un edificio proporciona importantes beneficios en seguridad, costos y confiabilidad del dispositivo.

Desde un punto de vista de la seguridad, la energía de AC es intrínsecamente más peligrosa. De hecho, se considera que el riesgo de electrocución del cuerpo humano con DC es menor que con AC, ya que la resistencia total del cuerpo humano disminuye a medida que aumenta la frecuencia. Y para las categorías de alto crecimiento, como los cargadores de vehículos eléctricos, el cambio a cargadores de DC frente a cargadores de AC, significa una mejor seguridad global.

El sector de centros de datos representa alrededor del 4% del consumo mundial de electricidad y seguirá creciendo. Es crucial mejorar la eficiencia energética en este sector.  Por ejemplo, el ahorro de costos en edificios que consumen mucha electricidad, como los centros de datos alimentados por DC, puede representar un ahorro del 4-6% comparado con las instalaciones de AC convencionales.

A la reducción de las pérdidas eléctricas relacionadas al transporte de electricidad por cables, se suma la reducción de las pérdidas por conversión de AC-DC.

Al suministrar DC (corriente continua) a los dispositivos DC (cargas) se eliminan las pérdidas de potencia que se producen por la conversión y, por tanto, se estima que se desperdicia entre un 5 y un 20% de la energía. Además, el proceso de conversión de AC a DC a nivel de dispositivo puede acortar su vida útil. Por ejemplo, la distribución de DC directamente a una luminaria LED (evitando así la conversión de AC a DC) puede prolongar sustancialmente su vida útil. Además, la distribución local de DC reduce el costo y el espacio que ocupan los adaptadores y convertidores de AC a DC.

Transición a edificios alimentados con DC

En conclusión, la distribución de energía de DC en los edificios es inminente, pero el cambio llevará tiempo. Incluso con el paso a las microrredes de DC, hay otros retos importantes que afrontar en los próximos años, sobre todo la aceptación por parte de los profesionales del sector, muchos de los cuales tienen que familiarizarse más con la energía de DC y sus ventajas. Esto se debe a la larga experiencia y conocimiento de la AC.

Además, es necesario avanzar en las normas y códigos de construcción que abordan las especificaciones de los dispositivos alimentados por DC, así como seguir analizando la rentabilidad de la distribución de energía DC en la reconversión y la nueva construcción.

Los cables representan el 1% de los materiales eléctricos de los edificios y son un factor crítico en la transición a estructuras alimentadas por DC. Los edificios del mañana serán inteligentes, conectados, sostenibles y alimentados por DC. Nexans está comprometida con esta transformación fabricando sistemas de cable específicos compatibles con estas nuevas infraestructuras. Y nuestras asociaciones estratégicas y participación en grupos clave de la industria están ayudando a hacer realidad la transición hacia edificios alimentados por DC.