¿Qué voltaje para el todo?

La guerra de las corrientes la ganó AC de manera bastante decisiva. Después de todo, ya sea que salgan 110 V o 230 V de su enchufe, 50 Hz o 60 Hz, todo el mundo está de acuerdo en que la frecuencia de oscilación debe ser estrictamente mayor que cero. Técnicamente, AC ganó debido a tres hechos entrelazados. Era más económico tener unas pocas centrales eléctricas grandes que cientos de miles de pequeñas. Esto significaba que la energía debía transmitirse a distancias relativamente largas, lo que exigía tensiones más altas. Y en ese momento, el transformador de CA era la única forma viable de aumentar y reducir el voltaje.

Pero eso fue entonces. Ahora estamos en la cúspide de una revolución en la generación de energía, al menos si les creemos a los aficionados a la energía solar. Y esto significa dos cosas: energía local que originalmente se genera como CC. Y eso deshace por completo dos de los tres factores a favor del AC. (Y los convertidores CC-CC eficientes matan el transformador). No, no creemos que vaya a haber un cambio de la noche a la mañana, pero no nos sorprendería que se volviera cada vez más común tener dos sistemas eléctricos domésticos: uno CA remota de alto voltaje proporcionada por las empresas de servicios públicos y una CC de bajo voltaje generada localmente.

¿Por qué? Porque la mayoría de los dispositivos hoy en día utilizan CC de bajo voltaje, con la notable excepción de algunos electrodomésticos grandes. Las baterías almacenan CC. Si cada vez más hogares tienen alguna capacidad de generación de CC local, deja de tener sentido convertir la CC local en CA simplemente para enchufar una verruga en la pared y convertirla nuevamente a CC. [Jenny List] de La-Tecnologia eludió gran parte de esta configuración y fue directamente al remate en su artículo "¿Dónde está mi enchufe de pared de CC de bajo voltaje?" y propuso algunas soluciones para las interconexiones físicas. Pero nos gustaría respaldarlo por un minuto. Cuando llegue la revolución de CC de bajo voltaje, ¿qué voltaje será?

El problema con el cableado de bajo voltaje es simple física. Para una demanda de energía determinada, P=I*V, por lo que un voltaje más bajo significa impulsar más corriente. Pero al sustituir la ley de Ohm, más corriente también significa pérdidas resistivas dramáticamente mayores P=I^2*R en los cables. Reducir la resistencia del cable usando más cobre es una alternativa, pero se obtiene más por el dinero si se centra en el término de corriente al cuadrado.

Esa es la razón por la que, por ejemplo, los esquemas de alimentación a través de Ethernet (PoE) utilizan alrededor de 48 V para transmitir algo así como 30 W de potencia; esos delgados cables Ethernet solo pueden transportar una cantidad limitada de corriente sin desperdiciar la mayor parte en forma de calor. Incluso alrededor de 50 V, los esquemas PoE suponen una pérdida de entre tres y cinco vatios en el cableado. Entonces, cualquier cableado que se utilice para los segmentos de CC de bajo voltaje del sistema eléctrico de su hogar, será más grueso que el Cat-5.

Pero el cobre cuesta dinero, por lo que siempre habrá cierta presión al alza sobre el voltaje ejercido por los efectos de calentamiento resistivo.

La electricidad comienza a volverse peligrosa para los humanos alrededor de 30-50 V. Ahí es donde los niveles actuales que superan la resistencia del cuerpo humano comienzan a volverse problemáticos. Pero mientras todo el mundo dice "¡la seguridad es lo primero!" También vale la pena señalar que en este momento tienes 110 o 230 V CA en tus paredes. Claramente es "la lavadora primero" en el mundo real. Es decir, aunque menos de 30 V CC sería más seguro, sospechamos que la seguridad estará diseñada en los conectores o en los disyuntores.

Lo que nos lleva a la última preocupación. ¿Alguna vez has soldado por arco? ¿Cuánto voltaje CC se necesita para iniciar un arco? Algo cercano a 24 V es un valor bastante común para una unidad profesional, pero la gente ha podido soldar con paquetes de baterías de herramientas de 20 V o incluso baterías de automóvil de 12 V. Algunos diseños de soldadores por puntos que hemos visto solo usan dos o tres voltios, pero desarrollan la corriente requerida presionando las piezas de trabajo con mucha fuerza para crear un camino de baja resistencia.

¿Alguna vez miró un relé y notó que tiene clasificaciones para uso en CC y CA? Por ejemplo, estos relés están clasificados para 10 A a 250 V CA, pero sólo 10 A a 30 V CC. ¿De dónde viene este factor de diez? Los contactos de relé pueden generar chispas cuando los dos contactos se acercan, y son propensos a soldarse entre sí a voltajes de CC más altos de una manera que no es el caso de la CA, porque los arcos de CA se autoextinguen 100 o 120 veces por segundo.

Entonces, fabricar interruptores mecánicos que funcionen para el sistema eléctrico doméstico de CC será un problema y eso ejercerá una presión a la baja sobre el voltaje. El automóvil promedio contiene muchos relés y parecen funcionar la mayor parte del tiempo, por lo que tal vez 12 V sea una buena elección aquí. Pero no confíes en mi palabra. A continuación se muestra la visión de un ingeniero automotriz sobre la corriente continua en el hogar. Está un poco anticuado, pero se queja de las preocupaciones de diseño adicionales al trabajar en un vehículo diésel de 24 V. Lo tomamos como un voto a favor de voltajes más bajos.

El factor X aquí es el progreso en la fabricación de MOSFET o IGBT. Los disyuntores de CC de estado sólido aún no son tan baratos como los disyuntores mecánicos (CA), pero en voltajes como los que estamos considerando dentro del hogar, están llegando allí. El precio más alto también puede reflejar simplemente la menor demanda actual. ¿Quizás la presión descendente del voltaje se evaporará en un futuro próximo?

Ahora hemos llegado al final del artículo, así que veamos si podemos encontrarle algún sentido a todo esto. Si la energía solar va a desempeñar un papel en nuestras demandas energéticas futuras, es ineficiente hacer un viaje de ida y vuelta de CC a CA y viceversa. Será más eficiente mantener CC desde el panel hasta la batería y el dispositivo final, tal vez solo cambiando los voltajes una o dos veces con convertidores CC-CC altamente eficientes a lo largo del camino.

Si hubiera un estándar de CC complementario, las pérdidas por calentamiento elevan el nivel de voltaje, las restricciones de conmutación lo reducen y, en nuestra opinión, la seguridad es un lavado. Los paneles solares son esencialmente configurables sin costo para alto voltaje o alta corriente, y creemos que es revelador que las instalaciones más nuevas tienden a funcionar en el rango de 24-50 V. Esto dice mucho sobre la importancia de las pérdidas por calor. Las baterías son igualmente flexibles, por lo que no hay muchos problemas para hacerlas coincidir con la fuente.

Nos encantaría tener enchufes de CC y dispositivos que se conecten a ellos, todos alimentados por un panel de tamaño mediano en nuestro techo y almacenados en baterías de tamaño mediano en nuestro sótano. Que esto vaya del panel a la batería y al enchufe a 48 V o 12 V dependerá de los precios relativos del cobre y los fuertes FET, pero apostamos a que los FET se abaratan y el cobre se encarece. Personalmente, nos gustaría ver que este voltaje relativamente alto se reduzca en el enchufe por seguridad, digamos a 12 V, pero no pondremos objeciones. Sería el complemento perfecto para nuestra infraestructura de aire acondicionado existente.

¿Qué dices? ¿Qué factores nos faltan? ¿Alguno de ustedes ya tiene un lado DC de su casa? ¿Qué voltaje(s) para CC?