Energía solar y almacenamiento: Tipos de baterías para sistemas solares
- By Khanya Gubangxa
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INTRODUCCIÓN
¿Son los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) la mejor solución para la resistencia de la microrred? Si está interesado en combinar la energía solar con las baterías para alimentar sus edificios comerciales o industriales, siga leyendo…
Oímos hablar de ellas en todas partes: las baterías ya han revolucionado varias industrias: desde los teléfonos inteligentes hasta los ordenadores portátiles y la industria del automóvil, y ahora dan forma al futuro de la industria de las energías renovables. Las baterías pueden ahora evitar los altos costes de la energía o permitirle cortar definitivamente la conexión a los servicios públicos.
¿Son la energía solar y el almacenamiento adecuados para su instalación? Para la mayoría de los edificios industriales y comerciales equipados con un sistema solar y conectados a una red eléctrica local con un servicio constante con pocos o ningún corte de energía: una batería podría no ser necesaria. Si se añade la energía solar al generador o generadores diésel existentes, sería suficiente.
Sin embargo, no todo el mundo tiene acceso a una red eléctrica fiable. Además, para los sitios que tienen que permanecer fuera de la red o están totalmente aislados, la única solución es confiar en su propio sistema de producción de energía. Añadir un sistema solar + de almacenamiento a su(s) generador(es) diésel existente(s) no sólo le hará menos dependiente de la red, sino que también evitará los cortes de energía si el BESS elegido tiene una función de SAI.
Depender totalmente de los generadores diésel puede ser una apuesta arriesgada, en un contexto de precios volátiles del combustible; invertir en un BESS puede ser la mejor solución. Sin embargo, esto requiere que su instalación esté equipada con un sistema de gestión de la energía (EMS) como el ePowercontrol MC de Elum Energy.
Un EMS es un conjunto de herramientas digitales para supervisar, controlar y optimizar el rendimiento de la red eléctrica. Todo ello garantizando su correcto funcionamiento.
Su sistema solar + de almacenamiento (diésel) equipado con un EMS garantizará que su sistema funcione con la máxima eficiencia, ahorrando aún más en costes de combustible al maximizar la penetración solar.
Integrar un sistema de almacenamiento de energía en baterías en un sistema solar (+ diésel) no es tan fácil como parece. Algunos productos químicos funcionan mejor en determinados entornos y casos.
¿Qué tipos de baterías elegir?
Existen múltiples modelos de baterías capaces de almacenar energía solar; cada una de ellas tiene sus ventajas e inconvenientes. Hay cuatro tipos de baterías que se utilizan principalmente para aplicaciones de almacenamiento de energía solar. A continuación se presenta un resumen de las tecnologías más fiables actualmente en el mercado:
- Ion-litio (LMO, NMC, NCA, LFP)
- Plomo-ácido (Flooded, VRLA)
- De níquel (NiCd)
- De flujo (RFB, HFB)
Lones de litio
Las baterías de iones de litio están evolucionando a medida que la industria del automóvil eléctrico impulsa su desarrollo tanto en tecnología como en costes. Hay cuatro tipos principales de baterías de iones de litio que se utilizan a menudo para aplicaciones de almacenamiento de baterías solares a gran escala:
- Óxido de litio y manganeso (LMO)
+ Carga rápida
– Recientemente ha entrado en el mercado de C&I
- Óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto (NMC)
+ Alta energía específica
– Recientemente ha entrado en el mercado C&I
- Óxido de litio, níquel, cobalto y aluminio (NCA)
+ Alta energía específica y más estabilidad
– Relativamente nuevo
- Fosfato de litio y hierro (LFP)
+ larga vida de ciclo, no requieren ventilación ni refrigeración
– Riesgo de desbordamiento térmico
Estas baterías tienen una alta densidad energética y una autodescarga bastante baja. No necesitan un cebado prolongado, con una nueva carga es suficiente. En general, las baterías de iones de litio requieren poco mantenimiento y no es necesario descargarlas periódicamente.
Sin embargo, la mayoría de ellas siguen siendo comparativamente caras de fabricar y están sujetas al envejecimiento, incluso mientras no se utilizan, y a las restricciones de transporte. También requieren un circuito de protección para mantener la tensión y la corriente dentro de los límites.
Ácido de plomo
Las baterías de plomo-ácido son económicas, su precio oscila entre los 382$ y los 399$, y tienen la menor tasa de autodescarga entre las baterías recargables presentadas aquí. También tienen una alta potencia específica y son capaces de soportar altas corrientes de descarga. Sin embargo, se cargan lentamente (más de 14 horas) y tienen una baja energía específica. Su vida útil, ya de por sí limitada, puede reducirse con repetidos ciclos profundos.
Además, no son respetuosas con el medio ambiente. Si no se desechan correctamente, las baterías de plomo-ácido pueden contaminar el medio ambiente y ser una amenaza para la salud humana y la naturaleza, ya que sus dos principales componentes son el ácido sulfúrico y el plomo. Las baterías de plomo-ácido son conocidas por ser fiables y baratas. Estas baterías son pesadas debido a sus materiales y relativamente ineficientes en cuanto a su carga y descarga en comparación con otras baterías.
- Inundadas
+ Fiable
– Requiere relleno de agua, restricciones de transporte, necesita ventilación
- Plomo-ácido regulado por válvula (VRLA)
+ válvulas para regular la desgasificación, poco o ningún mantenimiento, pueden instalarse en aplicaciones de difícil acceso.
– Sensible a la temperatura
Las baterías VRLA pueden dividirse en dos categorías: de vidrio absorbido (AGM) y de gel. El gel funciona mejor a temperaturas cálidas y la AGM a temperaturas más frías.
A base de níquel
Las baterías basadas en níquel se han utilizado en proyectos de almacenamiento de energía a gran escala, ya que tienen un buen rendimiento en todo tipo de temperaturas. El níquel-cadmio (NiCd) es la tecnología de baterías basada en níquel más utilizada. Son más adecuadas para instalaciones fuera de la red, ya que son un sistema de reserva fiable y no requieren un mantenimiento regular, pero la falta de mantenimiento reducirá su número de ciclos.
- Níquel-Cadmio (NiCd)
+ larga vida de ciclo, no requieren ventilación o refrigeración
– Riesgo de desbordamiento térmico
Las baterías de níquel-cadmio están disponibles en una amplia gama de tamaños y prestaciones y pueden almacenarse en estado de descarga, ya que tienen una larga vida útil. Tienen un rendimiento de carga muy bueno y no están sujetas a control regulatorio. Las baterías de NiCd tienen el menor coste por ciclo en comparación con los otros tres tipos de baterías presentados. Sin embargo, tienen una energía específica baja en comparación con los sistemas más nuevos y tienen una alta autodescarga.
También están sujetas al efecto memoria y el bajo voltaje de estas baterías hace que se necesiten muchas celdas para conseguir un alto voltaje. Además, el cadmio es un metal tóxico, lo que hace que este tipo de batería sea uno de los menos respetuosos con el medio ambiente junto con las baterías de plomo-ácido.
Flujo
Las baterías de flujo son relativamente nuevas en el mercado de almacenamiento de baterías, aunque la tecnología se ha utilizado durante años. Se llaman baterías de flujo porque tienen en su interior una solución acuosa de bromuro de zinc. Tienen una mayor flexibilidad de diseño, lo que permite una mayor combinación entre la capacidad de almacenamiento y la capacidad de salida de energía.
- Baterías de flujo redox (RFB)
+ tecnología de almacenamiento de energía + flexible
– baja densidad energética, caras, muy grandes
- Baterías de flujo híbridas
+ tecnología de almacenamiento de energía flexible
– bajas tasas de carga y descarga, caras, muy grandes
En lugar de añadir más baterías a un sistema de almacenamiento para aumentar su capacidad, las baterías de flujo sólo necesitan más líquido electrolítico. Este electrolito puede reponerse en cualquier momento sin interrumpir la producción de energía. La célula electroquímica puede suministrar energía mientras la solución electrolítica esté disponible.
CONCLUSIÓN
La decisión sobre la tecnología de almacenamiento de la batería tendrá un impacto en el uso y la longevidad de todo el sistema de energía. Como hemos visto, las baterías de plomo-ácido son más fiables y se han utilizado durante décadas, pero no son tan flexibles ni eficientes como las otras baterías mostradas anteriormente.
Definitivamente, no es fácil elegir una batería de almacenamiento o el EMS adecuado que funcione con ella. Después de elegir el tipo de batería, hay que dimensionar adecuadamente su parque de baterías y encontrar un EMS compatible. ePowercontrol MC es totalmente compatible con la mayoría de las baterías del mercado y se integrará fácilmente en su sistema de energía solar + almacenamiento.
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