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¿Autogenerar la energía que consumimos? Es posible con la batería de Tesla para los hogares. Elon Musk, su director ejecutivo, acaba de presentar su última innovación y no es un coche. Es un conjunto de baterías para los hogares, negocios y servicios públicos más limpia para no depender solo de las eléctricas. Se pondrán a la venta en EEUU el próximo verano y en el resto del mundo en 2016. En España las trabas no se han hecho esperar: el Gobierno español planea que los consumidores paguen por cada kilovatio generado y viertan a la red eléctrica.

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Tesla Powerwall Keynote by Elon Musk "The Missing Piece" English and Spanish subtitles added, credit to Luis Gámez for transcribing and translating.

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Detalle de la batería Powerwall presentada por la compañía Tesla. / TESLA

El Sol, en sus reacciones de fusión incontroladas, pone en movimiento a muchísimos electrones. Esos movimientos generan variaciones muy rápidas de los campos eléctricos y magnéticos que los rodean constantemente, y esas variaciones, en forma de ondas electro-magnéticas, en las cuales las crestas están muy cerca unas de otras, se propagan desde el interior del Sol hacia todo el espacio. La Tierra intercepta algunas de ellas en forma de luz visible, algo de ultravioleta que nos pone morenos en las zonas sin contaminación y bastante de infrarrojo. La distancia entre las crestas de las ondas para la luz amarilla es de unas 0.6 milésimas de milímetro, pequeña, pero tampoco tanto.

Estas ondas transportan energía electromagnética. A un metro cuadrado en la parte alta de la atmósfera llegan 1.361 vatios a las 12.00 horas del día en el ecuador en ambos equinoccios. A la superficie llega bastante menos y, evidentemente, no llega nada a las zonas polares durante sus inviernos. La energía electromagnética que alcanza el suelo es muy variable, depende de la latitud del punto de recepción, de la hora del día, de la capa de nubes, de la contaminación atmosférica, etcétera. Pero, para hacernos una idea, en la latitud de Madrid, pero fuera de la contaminación de la ciudad, podemos asignar unos 0,8 Kw por metro cuadrado a las 12.00 horas, y algo menos en las tres horas anteriores y posteriores al mediodía.

Las celdas fotovoltaicas tienen hoy un rendimiento energético de un 20% las comerciales, y de cerca de un 40% las que se están investigando. Eso quiere decir que se puede extraer alrededor de 0,16 Kwh por metro cuadrado cada hora, durante seis horas al día, y un poco más en el resto de las horas de luz. Podemos utilizar como número redondo para muchas latitudes y estados de nubosidad el valor de 1 kwh/m2 día.

El consumo de energía eléctrica en España ha sido de unos 90.000 millones de kwh en los últimos 365 días. Puesto que somos unos 46,5 millones de españoles, nos toca un consumo de unos 1.930 kwh por persona y año, o 5,30 kwh por persona y día. Para este consumo, con 5,3 m2 de paneles solares por persona sería suficiente para proporcionarle la electricidad que consume a lo largo del año. Esto costaría unos 1.000 euros la placa, mas montaje y sistemas eléctricos, unos 1.600 euros por español.

La energía solar se puede capturar solamente durante las horas de sol, aunque esto sea una perogrullada. Puesto que la utilizamos en buena parte en las horas de obscuridad, necesitamos almacenar todos los días la energía que capturamos cuando hay luz natural para gastarla cuando no la hay.

La electricidad la almacenamos desde hace ya mucho tiempo en pilas y sobre todo en baterías eléctricas. El mejor ejemplo son los coches, que necesitan electricidad para arrancar y utilizan baterías de Níquel/Cadmio, y los teléfonos móviles que utilizan baterías de litio.

La empresa Tesla, que maravillosamente está empeñada en adelantarse a la montante escasez de combustibles fósiles promocionando sus coches eléctricos, ha presentado hace 10 días las baterías de sus coches como almacenes de la energía eléctrica producida por los paneles fotovoltaicos. Las ha denominado Powerwall.

Son baterías de 10 kwh, es decir, el equivalente casi del consumo eléctrico diario de dos españoles. Si en una vivienda de dos personas se montan unos 12 metros cuadrados de paneles fotovoltaicos, estos pueden lanzar la electricidad que generan mientras hay luz hacia una Powerwall de 10 kwh , o una de 10 kwh y otra mas pequeña de 7 kwh.

La luz, al caer sobre los paneles fotovoltaicos, extrae electrones del silicio dopado que los forman. Esos electrones circulan por cables eléctricos hasta llegar a las Powerwall y allí empiezan a empujar las cargas eléctricas de lo que hay dentro de las baterías, unas hacia uno de los polos, otras hacia el contrario.

Imaginemos los electrones como balones de fútbol que salen de un tubo al suelo de un estadio. En éste hay balones similares y otros algo más grandes y pesados atraídos por los primeros. Al llegar un balón por la tubería, golpea a uno de los que son iguales a él, que sale despedido hacia una de las porterías y queda allí capturado por una barrera. Uno de los otros balones, más grande y pesado, al ser liberado del que ha ido a una de las porterías, sale disparado hacia la otra y allí queda. Al final de proceso, hay muchos balones de un tipo en una portería y los mismos del otro tipo en la contraria y eso crea una fuerza en contra de que puedan seguir entrando balones por la tubería. La batería ha quedado cargada con los electrones que han salido de los paneles fotovoltaicos.

La batería tiene ahora muchos ''balones'' de un tipo, electrones, en uno de sus lados y de otro tipo, iones de litio, cargas positivas, en el lado contrario. Si ahora conectamos las dos porterías por un tubo, los electrones de un lado correrán por el tubo hacia el lado contrario. Si en el tubo ponemos un motor eléctrico, por ejemplo, de un ventilador, los electrones, en su camino, lo harán girar y seguirán hacia la portería que tiene los iones de litio. Al cabo de un tiempo, y habiendo realizado distintos trabajos en su camino, los electrones se habrán unido con los iones, habrán desaparecido las barreras, los balones se repartirán por todo el campo y la batería se habrá descargado y estará dispuesta a recibir de nuevo electrones de más desde los paneles fotovoltaicos.

Las baterías Powerwall han elegido para su construcción un principio distinto del resto de los fabricantes de baterías. Las Powerwall son conjuntos de miles de baterías del tamaño de las AA que ponemos en los mandos del televisor o del aire acondicionado. Son de litio, que es el metal más ligero de los de la Tabla Periódica. El litio puede ser peligroso si se calienta. Entre cada fila de pequeñas baterías cilíndricas circula un líquido refrigerante y antifuego, por lo que son más seguras que muchos de los aparatos que tenemos en las casas.

Los electrodos de cada una de las pequeñas baterías cilíndricas son uno de grafito y el otro de óxido de litio y cobalto. El interior de la batería, el electrolito, es una sal de litio, fluoruro con boro y litio, o con fósforo y litio, todos elementos ligeros de la Tabla Periódica.

Si sólo consideramos el litio, un kilo de litio almacena 11,6 kwh, mientras que un kilo de gasolina almacena unos 12,3 kwh. El almacenamiento de energía por unidad de masa es aproximadamente el mismo. Pero las baterías necesitan, como he escrito arriba, mucho más que litio para funcionar, y deben ser herméticas respecto al agua.

El resultado es que aun siendo las Powerwall de Tesla las baterías más ligeras del mercado para su capacidad de almacenamiento, aún así su masa es de 100 kg para 10 kwh, 10 kilos por kwh. Puesto que la gasolina genera 12,3 kwh directamente con un kilo, necesitamos 120 veces más masa para almacenar la misma energía mediante baterías eléctricas que mediante compuestos químicos. Por decirlo gráficamente, las cargas eléctricas ''quieren'' estar juntas y se ''resisten'' a que las separen.

Las Powerwall representan un paso más en el camino irreversible desde los combustibles fósiles (cargas unidas) a la electricidad dinámica (paneles solares y baterías de cargas separadas).

En los laboratorios españoles se están diseñando paneles solares y sistemas de almacenamiento tan eficientes o más que los de Tesla. Por ejemplo, en la cátedra de Luque, de Teleco de la UPM, Alejandro Datas y su equipo han desarrollado el prototipo de un sistema de almacenamiento de energía utilizando la corriente eléctrica de los paneles para fundir silicio a 1.400 ºC. Este silicio fundido regenera electricidad mediante celdas fotovoltaicas de infrarrojos. Y hay muchos más inventos en España, tan buenos o mejores que los de TESLA.

El Gobierno y las empresas españolas deberían impulsar estas nuevas tecnologías españolas y de fuera. Pero la política llevada a cabo en las dos últimas legislaturas (PSOE y PP) ha sido un remake de las miópicas políticas científicas de 400 años de historia, con los honrosos intervalos de 1920 a 1935, y de 1970 a 2007.

En nuestras manos está coger otra vez el tren de la investigación y la innovación, o quedarnos, como en la época de Julio Verne, de nuevo como el hazmerreir de la Europa, y hoy la América y la China, científicas.

El Porqué de las Cosas es un proyecto divulgativo impulsado con la colaboración de Obra Social 'la Caixa'.

Si quiere realizar cualquier consulta que tenga que ver con el conocimiento, envíe su pregunta a: ciencia@elmundo.es

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¿Por qué la batería Tesla almacena la energía solar?

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comentarios 22 Detalle de la batería Powerwall presentada por la compañía Tesla. / TESLA El Sol, en sus reacciones de fusión incontroladas, pone en movimiento a muchísimos electrones.