Estos dispositivos están siendo desarrollados por varios grupos, incluidos aquellos que recientemente recibieron fondos de la nueva Agencia de Proyectos Avanzados de Investigación de Energía (ARPA-E, por sus siglas en inglés) y de la National Science Foundation.
A medida que las empresas de servicios públicos comiencen a desplegar la red eléctrica inteligente, se centrarán en la recopilación de información, por ejemplo realizando mediciones de con una precisión de un minuto sobre el uso de la electricidad mediante contadores inteligentes instalados en hogares y negocios. Sin embargo, a medida que la red inteligente avance, se irán sumando otros dispositivos, tales como transformadores inteligentes de estado sólido, que fortalecerán su control sobre la forma en que la energía fluye a través de sus líneas, señala Alex Huang, director de un centro de investigación de la Fundación Nacional de Investigación que está desarrollando unos dispositivos de este tipo. "Si los medidores inteligentes son los cerebros de la red inteligente", comenta él, "los dispositivos tales como los transformadores de estado sólido son sus músculos". Estos dispositivos pueden ayudar a cambiar la red partiendo de un sistema en el que la energía fluye sólo en un sentido--de la central eléctrica a los consumidores--a un sistema en el que los propietarios de viviendas y negocios también producen energía como algo común.
Los transformadores actuales son dispositivos de una sola función. Cambian el voltaje de electricidad de un nivel a otro, por ejemplo, reduciéndolo del alto voltaje al que se distribuye la electricidad a los niveles de 120 y 240 voltios utilizados en los hogares. Los nuevos transformadores de estado sólido son mucho más flexibles. Estos utilizan transistores y diodos y otros dispositivos basados en semiconductores que, a diferencia de los transistores usados en los chips de ordenadores, están diseñados para gestionar altos niveles de energía conmutar muy rápidamente. En respuesta a las señales de una empresa o de una casa, pueden cambiar la tensión y otras características de la electricidad que producen. Pueden ofrecer tanto corriente continua como corriente alte a, o recibir cualquiera de las dos opciones de una instalación de turbinas eólica o de paneles solares y adecuar la frecuencia y el voltaje a las necesarias para la red. Tienen integrados procesadores y hardware de comunicaciones, lo que les permite comunicarse con los operadores de empresas de servicios públicos, con otros transformadores inteligentes, y con los consumidores.
Estos dispositivos son tan flexibles que los investigadores todavía están trabajando en cómo aprovecharlos al máximo. Existen varias posibilidades. Actualmente, cargar un vehículo eléctrico en el hogar tarda muchas horas, incluso si se conecta a un cargador especial con circuitos a 220/240V en lugar de los 110/120 voltios más comunes. Los cargadores de corriente continua pueden reducir el tiempo de carga de un conjunto de 24 kilovatios-hora como el que lleva el nuevo Nissan Leaf de ocho horas a sólo 30 minutos, pero son ineficientes, perdiendo entre el 10 y el 12 por ciento de la energía que consumen. Los nuevos transformadores podrían reemplazar estos cargadores especiales, y ser mucho más eficientes, desperdiciando sólo alrededor del 4 por ciento de la energía, destaca Arindam Maitra, responsable de proyectos del Instituto de Investigación de Energía Eléctrica, quien está desarrollando transformadores inteligentes.
Lo que es más, puesto que los transformadores disponen de capacidad para las comunicaciones y el procesamiento, si, en el mismo momento, varios vecinos conectaran sus automóviles para cargarlos, los transformadores podrían prevenir una sobrecarga de los circuitos desacelerando o posponiendo la carga basándose en las preferencias de los consumidores y los precios de los servicios públicos. Estos mismos dispositivos también se podrían utilizar para enviar corriente continua producida por unos paneles solares a la red eléctrica, eliminando la necesidad de algunos equipos utilizados actualmente para convertir la energía de los paneles solares y nivelar las fluctuaciones de tensión que podrían causar que los paneles se estropearán y dejaran de producir electricidad.
nA medida que consumidores como los hipermercados comiencen a instalar más paneles solares y dispositivos de almacenamiento de energía, los transformadores inteligente podrían ser la clave para poder integrar estas fuentes con la red eléctrica, afirma Maitra. Los sistemas de almacenamiento y distribución de energía pueden permitir a las tiendas decidir cuándo utilizar la energía de la red y cuándo enviársela, en función del precio de la electricidad en un momento dado. Los transformadores inteligentes podría coordinar este cambio potencialmente rápido de la compra a la venta de energía, manteniendo la estabilidad de la red eléctrica y previniendo que las luces de los vecinos pierdan potencia. Incluso podrían permitir a la gente comprar electricidad de sus vecinos, señala Huang. "Si enchufa su coche eléctrico durante la noche, puede cargarlo negociando con aquellos de su vecindario que tienen un exceso de energía", indica él. "En realidad, lo pagaría directamente a él. No pagaría a la empresa de servicios públicos."
Otros tipos de dispositivos pueden hacer muchas de estas cosas, pero la idea de coordinar un gran número y variedad de dispositivos propiedad de los consumidores hace que las empresas de servicios públicos se pongan nerviosas acerca de su capacidad para mantener la red estable. Los nuevos transformadores simplificarían el sistema y serían propiedad de las empresas de servicios públicos, lo que haría más fácil a los operadores de la red mantener las luces encendidas, señala Maitra.
Otro beneficio potencial de los transformadores inteligentes--o lo que el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica está empezando a llamar interfaces de red eléctrica inteligente--es el ahorro de energía. Por un lado, permitirían configurar el voltaje de la electricidad en un momento dado al nivel mínimo que los dispositivos conectados requieren para funcionar de manera adecuada. Un estudio reciente sugirió que haciendo esto se podría reducir el consumo de energía en los Estados Unidos en hasta un 3 por ciento, lo que equivale a varias veces la misma potencia que está siendo generada actualmente por todos los paneles solares de los EE.UU juntos. Aún se podría conseguir un ahorro de energía mayor si los transformadores inteligentes aportaran electricidad de corriente continua en vez de corriente alte a a los servidores en los centros de datos. Por lo general, los servidores convierten la corriente alte a a corriente continua, lo que hacen de forma ineficiente. (Otras conversiones ineficientes, también están involucradas con el suministro ininterrumpido de electricidad.) Una reciente demostración de un sistema de este tipo realizada por Duke Energy, una gran empresa de servicios públicos, y el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica descubrió que el suministro de corriente contínuca podría reducir el consumo de energía en los centros de datos en aproximadamente el 15 por ciento.
Los transformadores inteligentes de estado sólido todavía están en fase de desarrollo y probablemente se encuentren a unos cuantos años de estar listos para el mercado--los investigadores todavía están trabajando en su eficiencia y coste, por ejemplo. Para aprovechar su capacidad de corriente contínua, será necesario desarrollar nuevas normas de construcción para casas y negocios. Mark Wyatt, vicepresidente de redes eléctricas inteligentes y de sistemas de energía de Duke Energy, advierte que los transformadores de estado sólido se deben complementar con otros dispositivos para el control de potencia en la red, y es posible que no resulten rentables en muchas áreas. "No es una de ésas cosas en que una talla vale para todos", afirma él.
Aún así, a largo plazo, señala Huang, los transformadores inteligentes y otros dispositivos inteligentes de estado sólido podrían permitir una cantidad sin precedentes de flujo de energía en dos sentidos. "Podría revolucionar cómo construimos la red", concluye él.