Almacenamiento de hielo industrial y energía fotovoltaica: soluciones energéticas sostenibles para la industria manufacturera

Introducción: Refrigeración industrial eficiente, fiable y sostenible

En la era de la transición energética, el sector manufacturero se enfrenta a tres retos estratégicos: eficiencia energética, reducción de CO₂ y seguridad de suministro.

Una solución de futuro que cumple los tres es la combinación de sistemas industriales de almacenamiento de hielo y generación de energía fotovoltaica (FV).

Esta sinergia permite a las empresas almacenar el excedente de energía solar como capacidad de refrigeración, desplazar las cargas eléctricas y aumentar el consumo in situ de energía renovable.

El almacenamiento industrial de hielo combinado con la energía fotovoltaica permite a los fabricantes almacenar el exceso de energía solar como refrigeración, equilibrar los picos de carga y reducir las emisiones de CO₂ de forma sostenible.

El papel del almacenamiento industrial de hielo en los sistemas energéticos modernos

Función y diseño de los contenedores de hielo

Los sistemas industriales de almacenamiento de hielo son unidades de almacenamiento de energía térmica que acumulan energía en forma de frío. Su funcionamiento se basa en el almacenamiento de calor latente, utilizando la transición de fase del agua al hielo.

Dentro de un depósito de agua, unas placas evaporadoras verticales forman una capa de hielo. Cuando es necesario, el agua caliente de retorno circula a través de estas placas, derritiendo el hielo y liberando la energía de refrigeración almacenada para aplicaciones de proceso o climatización.

Nota de ingeniería: El cambio de fase a 0 °C permite una alta densidad de energía y un rendimiento de almacenamiento prácticamente sin pérdidas.

Ventajas industriales

Los Contenedores de almacenamiento de hielo actúan como amortiguadores térmicos que estabilizan el consumo eléctrico y desacoplan la demanda de refrigeración de la generación de energía.

Esta flexibilidad permite el uso de unidades enfriadoras más pequeñas, reduce los picos de carga y disminuye los costes operativos, ventajas clave para las industrias con necesidades continuas de refrigeración.

Ventajas en comparación con el almacenamiento en batería

A diferencia de las baterías de iones de litio, los Contenedores de almacenamiento de hielo no son tóxicos, son reciclables y requieren poco mantenimiento.

No requieren materiales raros y muestran un rendimiento estable durante décadas. Su huella de CO₂ es significativamente menor, lo que los convierte en una solución ecológica a largo plazo para el almacenamiento de energía industrial y la gestión de cargas.

Fotovoltaica: energía limpia para sistemas energéticos industriales

Principio y aplicación

Los sistemas fotovoltaicos (FV) convierten la luz solar directamente en electricidad. Esta tecnología descentralizada y libre de emisiones ofrece bajos costes de funcionamiento y un rendimiento energético predecible durante décadas. La fotovoltaica es ahora una piedra angular de las estrategias de sostenibilidad e independencia energética de las empresas.

El reto de la disponibilidad de energía

Dado que la generación de energía solar fluctúa a lo largo del día, el almacenamiento de energía es esencial para maximizar la eficiencia. Durante el mediodía, cuando la producción solar alcanza su punto máximo, los sistemas de almacenamiento de hielo absorben el exceso de electricidad como energía de refrigeración, lista para ser utilizada cuando disminuya la generación solar.

La sinergia del almacenamiento de hielo y la energía fotovoltaica

Gestión inteligente de la carga y optimización energética

La integración de la energía fotovoltaica y el almacenamiento de hielo crea un sistema inteligente de gestión de la carga. El excedente de electricidad fotovoltaica se utiliza para cargar el acumulador de hielo, es decir, para congelar agua.

Más tarde, la energía de refrigeración almacenada sirve para la refrigeración de procesos, el aire acondicionado o las operaciones de producción sin energía de la red. Este enfoque aplana los picos de demanda, reduce la dependencia de la red y refuerza la seguridad del suministro.

Integración tecnológica

El sistema puede conectarse sin problemas a los sistemas de gestión de la energía (EMS) existentes y admite el control dinámico de los ciclos de carga y descarga.

Durante las horas de sol, la unidad de refrigeración funciona con energía fotovoltaica; por la noche, el hielo almacenado proporciona capacidad de refrigeración sin electricidad adicional. Esto contribuye a la estabilidad de la red, la autonomía energética y la optimización de la eficiencia energética.

Beneficios económicos y medioambientales para las empresas

La integración de la energía fotovoltaica y el almacenamiento en hielo ofrece ventajas cuantificables:

Ventaja	Descripción
Hasta un 40 % de ahorro energético	Mediante el autoconsumo y el cambio de carga
Menores costes de explotación	Enfriadoras más pequeñas y menor mantenimiento
Optimización de tarifas	Uso de electricidad en horas valle
Posibilidad de financiación	Elegible para programas de descarbonización nacionales y de la UE
Reducción de CO₂ y cumplimiento de las normas ASG	Apoya la elaboración de informes de sostenibilidad
Autonomía energética	Mejora la seguridad del suministro y la fiabilidad de la producción

Las industrias con una gran demanda de refrigeración -como el procesamiento de alimentos, la logística y la fabricación de productos químicos- son las que más se benefician de esta integración, ya que reducen los costes energéticos externos a la vez que impulsan las credenciales de sostenibilidad.

Contribución a la transición energética y la industria sostenible

La integración de la energía fotovoltaica con el almacenamiento industrial de hielo impulsa la descarbonización y permite infraestructuras energéticas descentralizadas y resistentes. Reduce las pérdidas de transmisión y favorece una fabricación climáticamente neutra.

Gracias a su construcción modular, el almacenamiento en hielo puede implantarse tanto en instalaciones nuevas como en la reconversión de sistemas existentes. Esta tecnología refuerza la competitividad al tiempo que se alinea con la eficiencia energética, la seguridad del suministro y la responsabilidad medioambiental.

Plan de acción para responsables industriales

Las empresas que pretenden reducir las emisiones de CO₂, mejorar la eficiencia energética y recortar los costes de electricidad deberían evaluar la viabilidad de integrar soluciones fotovoltaicas y de almacenamiento de hielo en sus procesos.

Los socios de ingeniería como HTT AG diseñan e implementan sistemas energéticos personalizados adaptados a necesidades industriales específicas, desde el diseño y la simulación hasta la integración completa en arquitecturas EMS existentes.

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Resumen técnico: Componentes y ventajas

Componente	Función	Aspectos técnicos destacados	Ventajas
Almacenamiento de hielo	Almacenamiento de energía térmica basado en el cambio de fase agua-hielo	Utiliza el calor latente a 0 °C para obtener una alta densidad energética	Larga vida útil, bajo mantenimiento, pérdidas mínimas
Fotovoltaica	Convierte la luz solar en electricidad	Células de silicio (14-22 % de eficiencia)	Autogeneración rentable y sin emisiones
Sistema combinado	Sistema integrado de gestión de la energía	Control inteligente de la carga para ciclos de carga/descarga	Ahorro de picos, independencia de la red, eficiencia optimizada

PREGUNTAS FRECUENTES

¿Qué es un Contenedor de almacenamiento de hielo industrial y cómo funciona?

Un Contenedor de almacenamiento de hielo industrial almacena energía de refrigeración congelando agua durante las horas de menor demanda (por ejemplo, por la noche o cuando hay excedente de energía solar) y luego derritiendo ese hielo para proporcionar frío para la refrigeración de procesos o el aire acondicionado cuando la demanda es alta. Se basa en el almacenamiento de calor latente (cambio de fase de agua → hielo → agua), que ofrece una alta densidad energética y un cambio de carga eficiente.

¿Por qué combinar la energía fotovoltaica (FV) con un Contenedor de almacenamiento de hielo en la industria?

Porque los sistemas fotovoltaicos generan electricidad principalmente durante las horas de sol, pero la demanda de refrigeración (o la demanda de procesos) puede alcanzar su punto máximo más tarde o por la noche. Al utilizar el excedente de energía solar para congelar hielo (es decir, cargar el acumulador), se desplaza la carga de refrigeración a las horas de tarifas de red bajas o de baja producción solar. Esto mejora el autoconsumo del sistema fotovoltaico, reduce los picos en la red y mejora la autonomía energética.

¿Cuáles son las principales ventajas en comparación con el almacenamiento de energía en baterías?

• El almacenamiento en hielo utiliza materiales más sencillos (agua/hielo) en lugar de las materias primas raras y caras que requieren las baterías.
• El mantenimiento y la degradación son menores: Muchos sistemas de hielo pueden funcionar durante más de 15 años con un rendimiento estable.
• Responden directamente a la demanda de refrigeración (almacenamiento térmico) en lugar de convertir la electricidad en electricidad, lo que puede ser más eficiente cuando la principal demanda es la refrigeración.

¿Cuáles son las aplicaciones e industrias típicas adecuadas para esta tecnología?

Los sectores que más se benefician de esta tecnología son los que tienen una gran demanda de refrigeración o enfriamiento de procesos: por ejemplo, alimentación y bebidas, almacenamiento frigorífico logístico, producción química/farmacéutica y centros de datos. También las infraestructuras en las que los picos de demanda de la red o el coste de la electricidad son una preocupación importante, por lo que el desplazamiento de cargas produce beneficios económicos.

¿Cuáles son las principales consideraciones de diseño y aplicación?

• Dimensionamiento del almacenamiento: Hay que evaluar la demanda de refrigeración, los picos de carga, la duración del almacenamiento, el tiempo de congelación y el ciclo de descongelación.
• Integración con la energía fotovoltaica y la gestión energética: Asegurarse de que el sistema de control (EMS) puede gestionar la carga durante los excedentes fotovoltaicos y la descarga durante los picos de carga.
• Espacio e instalación: Los depósitos de hielo requieren espacio; las condiciones del emplazamiento (aislamiento, circuitos de refrigeración, geometría del depósito) son importantes.
• Análisis económico y del ciclo de vida: Comparar con alternativas (por ejemplo, baterías o enfriadoras convencionales) para evaluar la amortización, el mantenimiento y los costes del ciclo de vida.

¿Qué limitaciones o retos plantea?

• Inversión inicial: Aunque es rentable en funcionamiento, el coste inicial puede ser significativo.
• Adecuación del excedente fotovoltaico al uso del almacenamiento: Si el excedente de generación fotovoltaica es bajo o la demanda de refrigeración no coincide con el tiempo de almacenamiento, los beneficios se reducen.
• Complejidad del sistema: Requiere la integración de la planta de refrigeración, el tanque de almacenamiento, el sistema de control y, posiblemente, la gestión de la energía fotovoltaica.
• Espacio físico: Los tanques y tuberías para una gran capacidad de almacenamiento pueden requerir un espacio considerable.

¿Qué ahorro energético o económico cabe esperar?

Aunque las cifras exactas dependen de las características específicas del emplazamiento, muchos sistemas informan de ahorros sustanciales al desplazar la generación de frío a periodos valle o de excedente fotovoltaico, reducir el tamaño de las enfriadoras, frenar la demanda eléctrica máxima y mejorar el autoconsumo. En algunos casos industriales, se hace referencia a ahorros de hasta ~30-40% en los costes energéticos de la parte de refrigeración.

¿Cómo contribuye esto a la sostenibilidad y a la transición energética?

Permitiendo una mayor utilización de las energías renovables (fotovoltaica) para las cargas de refrigeración, reduciendo los picos de demanda de la red, disminuyendo las emisiones de CO₂, mejorando la autonomía energética y apoyando la descarbonización de los procesos industriales. El almacenamiento térmico como el hielo ayuda a llenar el vacío allí donde el almacenamiento en baterías u otras soluciones pueden no ser óptimas o rentables.

¿Cuáles son los aspectos de mantenimiento y durabilidad?

Los sistemas de almacenamiento de hielo suelen tener menos piezas móviles que los sistemas de baterías, y los materiales (agua, hielo, placas metálicas) son duraderos. Muchos fabricantes afirman que tienen ciclos de vida largos, requieren poco mantenimiento y ofrecen un rendimiento estable durante décadas.

¿Cómo determinar si una empresa debe invertir en esta solución?

Criterios clave a evaluar:

• Perfil de la demanda de refrigeración (horas punta, niveles de carga)
• Superficie de tejado o terreno disponible y potencial solar fotovoltaico
• Estructura de la tarifa eléctrica (fuera de horas punta frente a horas punta, cargos por demanda)
• Infraestructura de refrigeración existente y potencial de adaptación
• Objetivos de descarbonización, autonomía energética y reducción de costes

Si el análisis muestra un desajuste significativo entre la generación fotovoltaica y la demanda de refrigeración, o picos de carga sustanciales y cargos por demanda, es probable que una solución industrial de almacenamiento de hielo + fotovoltaica resulte beneficiosa.