Antes de analizar la arquitectura del sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) y los tipos de baterías, primero debemos centrarnos en la terminología más común utilizada en este campo. Varios parámetros importantes describen el comportamiento de los sistemas de almacenamiento de energía en baterías.
Capacidad [Ah]: La carga eléctrica máxima que el sistema es capaz de proporcionar a la carga conectada a un voltaje razonable. La tecnología de la batería tiene un impacto significativo en este parámetro, cuyo valor se establece para una corriente de descarga y una temperatura específicas.
Energía nominal [Wh]:Esta es la energía total producida entre los estados de carga completa y descarga total. Es equivalente al voltaje de la batería multiplicado por la capacidad. La temperatura y la corriente también influyen, ya que la capacidad lo determina.
Potencia [W]:Definir la potencia de salida de un BESS es difícil porque depende de la carga adjunta. No obstante, la potencia nominal representa la potencia en el escenario de descarga más típico.
Energía específica [Wh/kg]:Esto indica la capacidad de almacenamiento de energía de la batería en relación con la masa.
La escala utilizada para determinar las duraciones de carga y descarga se llamaTasa C. La corriente de descarga agotará la batería por completo en una hora a 1C.
Carga/descarga/carga es elciclo. No existe una definición acordada de qué es un ciclo.
una bateríaciclo de vidaes el número total de ciclos que puede producir.
Departamento de Defensa: Profundidad de descarga. La descarga completa es del 100%;
Estado de carga (SoC,%):El nivel de carga de una batería se indica con este número.
El término "eficiencia coulombiana" se refiere a la capacidad de la batería para transmitir carga de manera eficiente. Es la proporción de carga requerida para volver al estado de carga original con respecto a la cantidad de carga (Ah) liberada durante la fase de descarga. Con la excepción de la tecnología de plomo-ácido, la mayoría de las veces. Las baterías tienen una eficiencia comparable a esta.
Los principales tipos de sistemas de almacenamiento de energía electroquímica
Existen numerosos sistemas de baterías, cada uno de ellos basado en una combinación única de componentes y procesos químicos. Las baterías de plomo-ácido y de iones de litio son actualmente los tipos más utilizados, pero las baterías de flujo, de níquel y de azufre también tienen un lugar en este mercado. Revisaremos rápidamente los beneficios clave de las tecnologías de baterías más populares.
Usamos estas baterías con regularidad. La celda base de esta batería está compuesta por un electrodo positivo de bióxido o plomo y un electrodo de plomo negativo. El electrolito es una solución de ácido sulfúrico en agua.
Los principales beneficios de estas baterías son su asequibilidad y su avanzado estado tecnológico.
Baterías de níquel-cadmio (Ni-Cd)
Antes de que la tecnología de baterías de litio se utilizara ampliamente, este tipo de batería sirvió como fuente de energía principal para dispositivos portátiles durante varios años.
Estas baterías proporcionan una alta potencia de salida y un tiempo de recarga rápido.
Una mejora con respecto a estas baterías está representada por la tecnología de hidruro metálico de níquel (NiMH), que puede proporcionar alrededor de un 40% más de energía específica que el NiCd estándar.
Baterías de iones de litio (Li-Ion)
De todos los metales, el litio tiene la energía específica más alta y es el más ligero. Las baterías recargables de ánodo metálico de litio tienen la capacidad de proporcionar densidades de energía increíblemente altas.
También existen otras restricciones. Por ejemplo, el desarrollo de dendritas en el ánodo durante el ciclo es una restricción pertinente. Podría provocar un corte de energía, lo que podría elevar la temperatura y dañar la batería.
La composición de un BESS
Diferentes "niveles", tanto lógicos como físicos, conforman un BESS. Cada parte física única necesita su propio sistema de control.
Aquí hay un resumen de estas etapas clave:
El sistema de baterías se compone de varios paquetes de baterías y numerosas baterías que se conectan entre sí para alcanzar los niveles de tensión y corriente deseados.
El sistema de gestión de baterías regula el funcionamiento adecuado de cada celda para permitir que el sistema funcione dentro de un rango de voltaje, corriente y temperatura que sea seguro para la excelente salud de las baterías y no para el sistema en su conjunto. Además, al hacer esto, el estado de carga en cada celda se ajusta y equilibra.
Para convertir la energía en CA, los inversores se conectan al sistema de baterías. En cada BESS está presente un nivel electrónico de potencia especializado conocido como PCS (sistema de conversión de energía). Habitualmente se agrupa en una unidad de conversión junto con todos los servicios auxiliares necesarios para una adecuada monitorización.
El sistema y el monitoreo y control del flujo de energía (sistema de gestión de energía) son los siguientes pasos. El sistema de supervisión, control y adquisición de datos, o sistema SCADA, incluye a menudo funciones generales de seguimiento y control. Por otro lado, el sistema de gestión de energía está diseñado específicamente para monitorear el flujo de energía de acuerdo con los requisitos de la aplicación.
Las últimas conexiones son la conexión del transformador de media/baja tensión y, según el tamaño de la instalación, el transformador de alta/media tensión en una subestación específica.
Integración del módulo fotovoltaico y BESS
Las fuentes de energía renovables están preparadas para tener un impacto significativo en los sistemas eléctricos en el futuro, como se analiza en la primera parte de esta serie. Tanto el sistema eléctrico como la planta de energía renovable podrán beneficiarse de la integración de un BESS con una fuente de energía renovable.
A continuación se explican las diversas formas en que un BESS podría ayudar a una central eléctrica:
Para lograr una curva de generación más estable y predecible, esto compensaría la "volatilidad" del perfil de generación bajo la cobertura de nubes o picos abruptos de energía. El contraste entre la curva de generación de una planta fotovoltaica en un día nublado y uno con cielo despejado se muestra en la Figura 4. La generación exhibiría menos "parpadeo" con la integración de un BESS, lo que produciría una curva más regular.
La curva de generación se "suavizará" como resultado de la reducción de picos (para obtener más información sobre la reducción de picos, lea el artículo anterior).
En cuanto al soporte de la red y los servicios auxiliares, el BESS puede desempeñar un papel importante en la integración de la central eléctrica en la red eléctrica al ofrecer regulación de frecuencia y gestión de tensión (junto con compensación de potencia reactiva) con un impacto significativamente menor en el sistema eléctrico.
Aparte de los servicios mencionados anteriormente, existen más colaboraciones potenciales entre módulos fotovoltaicos y sistemas de almacenamiento de energía en baterías, comenzando con el intercambio de punto de conexión (POC). Dado que con frecuencia se instala un BESS para "complementar" el módulo fotovoltaico, su presencia no podría requerir energía adicional en el POC.
Colaboraciones potenciales adicionales surgen de las decisiones tomadas en la arquitectura de cómo los módulos fotovoltaicos se conectan a un BESS. Existen al menos tres opciones principales:
Acoplamiento CC: En esta opción, se utiliza un convertidor CC/CC particular para vincular BESS y PV en el lado CC de las baterías y módulos fotovoltaicos para estabilizar el voltaje. Con este método, todo el lado de CA de la planta compartirá los inversores entre el módulo fotovoltaico y BESS (el inversor en este escenario podrá operar en los 4 cuadrantes del diagrama PQ). Esta elección es bastante común para residencial. aplicaciones, o en el caso de una planta pequeña (kW). En el caso de una planta de gran escala, el BESS se distribuirá a lo largo del campo. Sin embargo, requerirá una lógica específica y costosa para controlar el voltaje de CC y la carga de cada paquete de baterías.
Acoplamiento de CA después del inversor: Este método es comparable al anterior, pero coloca el punto de acoplamiento del BESS y del módulo fotovoltaico después de los inversores. En este caso, el BESS y el módulo fotovoltaico tendrán cada uno su propio inversor dedicado. Debido a que no hay necesidad de lógica de control adicional para el acoplamiento de CC, este método también es popular para aplicaciones residenciales y podría usarse en plantas grandes para crear un BESS distribuido.
Acoplamiento de CA en el POC:En esta solución, el módulo fotovoltaico y BESS comparten sólo la instalación de interconexión, mientras que tienen secciones completamente separadas a nivel de planta.