Beyond AC: A Comparative Engineering Framework for Native DC Residential Distribution with Integrated Solar-Storage — From California's Housing Stock to Peru's Electrical Installations

Resumen Técnico: Más allá del CA: Un Marco de Ingeniería Comparativo para la Distribución Residencial Nativa en CC con Integración de Solar-Almacenamiento

Planteamiento del Problema
El sector de la edificación global permanece cableado casi exclusivamente para la corriente alterna (CA), a pesar de que una proporción creciente de las cargas residenciales —como la iluminación LED, los dispositivos de electrónica de consumo y los dispositivos cargados por USB, y los accionamientos de motores de velocidad variable— operan nativamente en corriente continua (CC). Además, la generación de energía renovable in situ (fotovoltaica en tejados) y los sistemas de almacenamiento de energía mediante baterías (BESS) producen y almacenan energía en CC. En las viviendas cableadas convencionalmente en CA, esto requiere una secuencia de conversiones: de CC a CA en el punto de generación, distribución como CA, y rectificación de nuevo a CC dentro de los aparatos. Cada etapa de conversión introduce pérdidas de energía mensurables y puntos adicionales de falla. Si bien el parque de viviendas de California ha experimentado una rápida expansión impulsada por el mercado de sistemas acoplados de PV-BESS tras la transición de 2023 al esquema de Facturación de Red Neta (Net Billing Tariff), la evidencia rigurosa y cuantitativamente fundamentada sobre la distribución nativa en CC a escala residencial unifamiliar sigue siendo escasa. Además, los marcos para transferir esta evidencia al contexto regulatorio e infraestructural de los mercados eléctricos en desarrollo, como el de Perú, son prácticamente inexistentes en la literatura.

Metodología
Este estudio es un análisis de ingeniería documental y comparativo. No involucra mediciones primarias de campo, experimentos de laboratorio, encuestas ni recolección de datos de sujetos humanos. La metodología consta de tres componentes principales:

1. Síntesis Sistemática de la Literatura: Se realizó una síntesis narrativa, informada por los principios de cribado PRISMA, sobre fuentes revisadas por pares y verificables mediante DOI publicadas entre 2014 y 2025. La búsqueda se centró en datos cuantitativos sobre eficiencia, seguridad y estandarización para la distribución residencial nativa en CC, basándose principalmente en la literatura de ciencia de la edificación de EE. UU.
2. Construcción de una Matriz Comparativa: Se desarrolló una matriz estructurada para contrastar tres contextos distintos: (a) la distribución residencial convencional en CA, (b) arquitecturas nativas en CC documentadas (basadas en la investigación vinculada a EE. UU./California), y (c) el marco normativo actual de Perú (específicamente el Código Nacional de Electricidad – Utilización y la Norma Técnica EM.010). La matriz evalúa siete parámetros: topología de conversión, eficiencia reportada, enfoque de protección/seguridad, estado de estandarización, escalabilidad, compatibilidad de interconexión con la red y factores impulsores del mercado.
3. Análisis Regulatorio y de Recursos: El recurso solar de Perú fue contrastado utilizando datos de SENAMHI y del Banco Mundial/ESMAP. El estudio revisó cláusulas específicas de los códigos eléctricos peruanos para identificar brechas regulatorias respecto a circuitos específicos de CC, puesta a tierra y protección contra sobrecorrientes.
4. Protocolo de Implementación Propuesto: Basándose en los hallazgos, se propuso una hoja de ruta de implementación por fases, referenciada en el código, para un futuro piloto en la vivienda peruana. Este protocolo describe procedimientos para la evaluación del sitio, la especificación de componentes (por ejemplo, bus de 48 V CC, disyuntores para CC), instrumentación e inspección, señalando explícitamente que esto es una propuesta para validación futura y no un piloto completado.

Contribuciones Clave
El estudio realiza tres contribuciones específicas al discurso de ingeniería y regulación:

1. Síntesis Verificada por DOI: Consolida evidencia cuantitativa sobre reducciones de pérdida de energía, requisitos de seguridad y desafíos de estandarización para la distribución nativa en CC, filtrando afirmaciones no verificadas.
2. Marco Comparativo Estructurado: Proporciona una matriz clara que contrasta las prácticas establecidas en CA, las arquitecturas emergentes en CC y el vacío regulatorio específico en Perú, resaltando dónde los códigos actuales guardan silencio o requieren adaptación.
3. Hoja de Ruta de Transferibilidad Regulatoria: Traduce los hallazgos técnicos en una vía concreta, referenciada en la regulación, para introducir la distribución residencial nativa en CC en Perú, detallando los pasos necesarios para un programa piloto supervisado que incluya evaluación de sitios, especificación de componentes y despliegue por fases.

Resultados

• Eficiencia: La literatura revisada indica que la distribución nativa en CC puede generar ahorros de energía en el sitio que oscilan entre el 9% y el 20% cuando la PV se distribuye directamente a los aparatos. En edificios simulados de energía neta cero (ZNE) con gran capacidad de PV y batería, los ahorros pueden alcanzar hasta el 17% (promediando cerca del 11%). Sin embargo, la literatura advierte consistentemente que estos ahorros no siempre son rentables bajo las condiciones actuales de precios de los aparatos de CC y el hardware de conversión.
• Seguridad y Protección: Un hallazgo crítico es que la interrupción de fallas en CC carece del cruce natural por cero que se encuentra en los sistemas de CA. En consecuencia, las fallas en CC requieren dispositivos de protección dedicados para CC (disyuntores/fusibles) y algoritmos de detección de fallas específicos, distintos de las prácticas heredadas de CA. Aunque los principios de puesta a tierra y unión equipotencial de los códigos peruanos se aplican en principio, las disposiciones de protección contra sobrecorrientes están escritas para el comportamiento de CA y carecen de anexos específicos para CC.
• Estandarización y Escalabilidad: La estandarización para las microrredes de edificios en CC permanece fragmentada entre regiones y niveles de voltaje (por ejemplo, 48 V frente a 380 V), sin un código de edificación en CC unificado a nivel mundial. Las nanorredes de baja tensión en CC (LVDC) escalan bien dentro de viviendas individuales, pero la distribución entre edificios requiere una mayor maduración de los esquemas de protección.
• Contexto de Perú: Perú posee un recurso solar (4.5–7.0 kWh/m²/día) comparable o superior al de California, particularmente en las regiones costeras del sur. Sin embargo, existe una brecha regulatoria significativa: el Código Nacional de Electricidad y la Norma Técnica EM.010 abordan actualmente solo el cableado interior convencional en CA. No existen cláusulas para CC nativa, y las reglas de interconexión están centradas en CA.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo se posiciona como un análisis de ingeniería documental y comparativo, no un ensayo de campo. Su significancia radica en identificar que, si bien el caso técnico para la distribución en CC está respaldado por ganancias de eficiencia en entornos ricos en PV/BESS, su despliegue en Perú es actualmente técnicamente plausible pero no normativamente habilitado.

El estudio afirma modestamente que:

• Las ganancias de eficiencia son reales pero condicionales, dependiendo de una coincidencia favorable de la generación in situ, la capacidad de almacenamiento y la participación de las cargas nativas de CC.
• La adaptación regulatoria de los códigos existentes (específicamente la adición de protección contra sobrecorrientes específica para CC y reglas de interconexión) es una precondición para el despliegue a escala, más que la mera disponibilidad de tecnología.
• Cualquier futuro piloto en Perú debe proceder como una demostración estrechamente supervisada (faseada desde la escala de banco hasta la validación de vivienda individual) en lugar de una modernización no regulada, para garantizar la seguridad y generar los primeros datos de campo específicos de Perú.

Los autores declaran explícitamente que los rangos de eficiencia reportados se derivan de contextos de EE. UU. y no deben asumirse que se reproducirán exactamente en Perú sin una validación empírica local. La principal contribución es la identificación de la brecha regulatoria y la propuesta de una hoja de ruta estructurada y de seguridad ante todo para cerrar dicha brecha.