Diseñan un sistema fotovoltaico doméstico para abastecer de energía a los datos en la nube

Gestos tan sencillos como enviar un correo electrónico o guardar una fotografía en la nube generan un gasto energético que, multiplicado por todos los usuarios del mundo, llega a los 200 TWh (teravatios por hora), según datos de Masanet sobre el consumo total de los centros de datos. Para que nos hagamos una idea de lo que esto supone, en un país como España, el consumo de energía eléctrica en el 2020 fue de unos 250 TWh, como recoge Red Eléctrica de España.

Un equipo de investigadores de la Universitat Oberta de Catalunya (UOC) ha diseñado un prototipo para que cualquier persona que pueda instalar un sistema fotovoltaico en su casa, siempre que disponga de una cubierta con iluminación solar directa, pueda ser un potencial proveedor de computación.

«Es como las baterías que muchos usuarios ya están incorporando en sus instalaciones, es decir, un elemento opcional del sistema fotovoltaico», explican Borja Martínez y Xavier Vilajosana, autores del estudio e investigadores del grupo Wireless Networks (WiNe) del Internet Interdisciplinary Institute (IN3) de la UOC, del que el catedrático Vilajosana es investigador principal.

El prototipo diseñado por los científicos, que se describe en la revista IEEE Transactions on Sustainable Computing, emula todos los componentes de una instalación fotovoltaica residencial típica.

El elemento central del sistema, denominado broker, es un componente de software que gestiona todas las funciones del sistema y toma las decisiones para realizar las acciones más beneficiosas para el usuario en cada situación. «Por ejemplo, el broker es capaz de actuar sobre máquinas que están apagadas y 'despertarlas' para habilitar la computación en ellas», detallan los científicos.

Además, también han desarrollado un modelo predictivo para determinar la energía solar de una zona geográfica y una franja horaria determinada, y que así el broker solo «despierte» máquinas que tengan asegurada la energía necesaria para su funcionamiento.

La filosofía del proyecto se basa en una economía colaborativa de suma cero. Como señalan los autores, los participantes que disponen de los recursos físicos —máquinas alimentadas por energía solar— ponen estos recursos a disposición de aquellos que necesitan computación pero que carecen de la infraestructura.

En este sentido, Martínez y Vilajosana plantean que exista una compensación para los usuarios que cuentan con los recursos energéticos, algo similar a lo que ocurre con los servicios de coche compartido: el propietario pone el espacio libre de su vehículo a disposición de personas que quieren desplazarse pero no disponen de vehículo propio, y él recibe una compensación que lo ayuda a sufragar sus gastos de viaje.

Beneficios para los pequeños productores

Al nutrirse de una fuente de energía renovable como es la luz solar, ¿de qué forma afectan al sistema las condiciones atmosféricas adversas? «Si no hay sol, ese usuario particular no podrá ofrecer sus recursos al pool de computación en ese momento. Pero la idea es que haya muchos proveedores distintos distribuidos geográficamente, porque siempre hay sol en algún sitio», destacan Martínez y Vilajosana.

En el otro extremo, si un usuario generara más energía de la que puede consumir o computar, siempre puede inyectarla en la red. Así, el pequeño productor obtendría un beneficio en todo momento.

«Nosotros planteamos recompensar al pequeño productor por utilizar un recurso del que ya dispone. Y, más importante aún, creemos que esta recompensa puede ser un aliciente para la instalación de nuevos sistemas domésticos allí donde exista la posibilidad», resaltan los autores.

Este sistema ayudaría a frenar las emisiones de gases de efecto invernadero. Una instalación doméstica típica, de 6 kW de potencia, en España produce alrededor de 8.000 kWh anuales, lo que supone evitar la emisión de más de una tonelada de CO₂ anual, calculan los científicos.

Una masa crítica para impulsar el cambio

El sistema se basa en la combinación de dos tendencias. Por un lado, el reciente auge de la computación distribuida, una tecnología que, no obstante, cuenta con más de quince años y que fue popularizada por proyectos como el salvapantallas de SETI@home, que buscaba señales de vida extraterrestre cuando los ordenadores domésticos estaban inactivos.

Por otro lado, la evolución de las tecnologías de silicio ha hecho bajar drásticamente el precio de los paneles solares en los últimos años, y esto convierte los sistemas fotovoltaicos en instalaciones competitivas.

«En estos momentos se dan las condiciones necesarias para crear una masa crítica tanto de productores, que son los proveedores de los recursos de computación, como de consumidores, es decir, las personas o las empresas que podrían alquilar estos recursos sabiendo que con ello contribuyen a mejorar el medioambiente», resumen Martínez y Vilajosana.

La investigación ha sido posible gracias al equipo de Towa Pharmaceutical Europe, SL, que ha colaborado de forma altruista en el proyecto.

Esta investigación favorece los siguientes objetivos de desarrollo sostenible (ODS): el 7, energía asequible y no contaminante; el 9, industria, innovación e infraestructura; el 11, ciudades y comunidades sostenibles, y el 12, producción y consumo responsables.

 

Artículo de referencia

Martínez, B., y Vilajosana, X. «Exploiting the Solar Energy Surplus for Edge Computing». IEEE Transactions on Sustainable Computing. doi: 10.1109/TSUSC.2021.3058588

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