Investigadores en Madrid reducen el coste energético en viviendas con baterías híbridas y bombas de calor

Investigadores en Madrid logran reducir el coste de la energía en viviendas con sistemas híbridos de baterías y bombas de calor

Un equipo de investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) ha desarrollado un innovador modelo energético que combina baterías de ion-litio, sistemas de almacenamiento térmico y bombas de calor para optimizar el consumo de energía en viviendas completamente electrificadas. El estudio, que se centró en una vivienda tipo ubicada en la capital española, demuestra que esta solución híbrida puede reducir el coste nivelado de la energía (LCOE, por sus siglas en inglés) hasta en un 7% y aumentar el autoconsumo fotovoltaico en un 20%.

El análisis se llevó a cabo mediante simulaciones detalladas utilizando los programas PVSyst y EnergyPlus, herramientas ampliamente utilizadas en el sector energético para evaluar el rendimiento de sistemas fotovoltaicos y de climatización. Los investigadores compararon dos configuraciones principales: una basada únicamente en baterías de ion-litio (denominada sistema L), y otra que integra estas baterías con un sistema de almacenamiento térmico de tipo power-to-heat-to-power (PHPS), formando un sistema híbrido (sistema LP).

El sistema PHPS permite almacenar el excedente de energía solar en forma de calor, utilizando un convertidor eléctrico que transfiere la energía a un tanque de almacenamiento térmico. Posteriormente, ese calor puede reconvertirse en electricidad mediante un motor térmico. Esta tecnología se complementa con un sistema de almacenamiento térmico de baja temperatura (LTES), que también aprovecha el calor para usos domésticos, como el agua caliente sanitaria.

Uno de los aspectos más destacados del estudio es la inclusión de bombas de calor, que permiten una eficiencia energética notablemente superior a la de los calefactores eléctricos convencionales. Mientras que un calefactor eléctrico tiene un coeficiente de rendimiento (COP) de 1, las bombas de calor utilizadas en la simulación alcanzan un COP de 2,7, lo que significa que por cada unidad de electricidad consumida, generan 2,7 unidades de calor.

Los resultados muestran que, en el caso de utilizar una bomba de calor junto con el sistema híbrido de baterías y PHPS, el coste nivelado de la energía se reduce a 76 euros por megavatio-hora (MWh), con una eficiencia de ciclo (round-trip efficiency) del 96,9% y un autoconsumo fotovoltaico del 68,3%. En comparación, el sistema que solo utiliza baterías de ion-litio alcanza un LCOE de 77 €/MWh, con los mismos niveles de eficiencia y autoconsumo.

En escenarios donde se emplea calefacción eléctrica en lugar de bombas de calor, el sistema híbrido también muestra ventajas: el LCOE se sitúa en 147 €/MWh frente a los 149 €/MWh del sistema solo con baterías, y el autoconsumo solar se incrementa significativamente, pasando del 68,6% al 79,5%.

“El uso combinado de baterías de ion-litio y almacenamiento térmico no solo permite aprovechar mejor la energía solar disponible, sino que también reduce la dependencia de la red eléctrica y mejora la eficiencia global del sistema”, explican los autores del estudio. Además, destacan que la incorporación de bombas de calor no sustituye a los sistemas térmicos, sino que los complementa, permitiendo una mayor flexibilidad y rendimiento.

El trabajo, titulado “Integrating lithium-ion and thermal batteries with heat pumps for enhanced photovoltaic self-consumption”, ha sido publicado en la revista científica Applied Energy. Los resultados abren nuevas posibilidades para el diseño de viviendas más sostenibles y eficientes, especialmente en climas como el de Madrid, donde la radiación solar es abundante y la demanda térmica es significativa durante gran parte del año.

Este avance representa un paso importante hacia la transición energética en el sector residencial, demostrando que la combinación inteligente de tecnologías existentes puede ofrecer soluciones económicamente viables y ambientalmente responsables.

Fuente: https://www.pv-magazine.com/2025/04/11/optimizing-residential-pv-driven-heat-pumps-with-lithium-ion-batteries-reduces-lcoe-by-7/