Tipos y selección de baterías para sistemas de almacenamiento de energía fotovoltaica
Es previsible que el mercado del almacenamiento de energía esté en auge. Como su nombre indica, el almacenamiento de energía consiste en almacenar energía eléctrica. Para almacenar energía eléctrica se necesita un medio o contenedor, y las baterías son exactamente los contenedores que almacenan energía eléctrica. En general, en los sistemas de almacenamiento de energía fotovoltaica se utilizan principalmente dos tipos de baterías: las baterías de plomo y las baterías de litio.
Batería de plomo
Una batería de plomo-ácido es un dispositivo de almacenamiento de energía química que utiliza plomo y dióxido de plomo (PbO₂) como material activo del cátodo y el ánodo de la batería, y utiliza ácido sulfúrico diluido como electrolito. De hecho, realiza la conversión mutua entre energía eléctrica y energía química mediante reacciones electroquímicas. Es la fuente de energía química preferida para diversos sistemas de almacenamiento de energía, fuentes de alimentación de emergencia y dispositivos de arranque suave/en negro.
Una sola célula de batería de plomo-ácido tiene una tensión nominal de 2,0 V, puede descargarse hasta 1,5 V y cargarse hasta 2,4 V. En aplicaciones prácticas, a menudo se conectan 6 celdas en serie para formar un módulo de batería de plomo-ácido con una tensión nominal de 12V. Sobre la base de 12V, a través de series y paralelos adecuados, se puede obtener el valor de tensión (como 48V, 96V) aceptado por el sistema para realizar el trabajo normal de carga y descarga.
Los principales componentes de las baterías de plomo-ácido son: polos catódicos y anódicos, placas, separadores, electrolito, recipientes, etc. Debido a la gran cantidad de solución química que contiene, el módulo de la batería suele ser relativamente pesado. Las baterías de plomo-ácido incluyen principalmente baterías generales de plomo-ácido inundadas, baterías de plomo-ácido coloidales sin mantenimiento (para energía solar) y baterías de plomo-carbono.
En el uso real, la proporción de baterías de gel y baterías de plomo-carbono está aumentando. Las baterías de gel son mejores en cuanto a sobredescarga, capacidad de autorrecuperación y rendimiento de carga y descarga a baja temperatura. Debido a la adición de carbono (grafeno) en el electrolito, la batería de plomo-carbono evita la sulfatación del ánodo y mejora el problema del fallo fácil de la batería, con lo que mejora mucho la vida útil de la batería.
Los modos de carga de las baterías de plomo-ácido suelen ser tres: corriente constante, tensión constante y carga flotante, también conocida como carga en tres etapas. La corriente de carga es un parámetro muy importante, y la unidad se representa generalmente por C. La corriente de carga máxima de una batería estará claramente marcada en los parámetros de especificación de la batería, normalmente 0,1C, 0,2C o 0,3C. La mejor corriente de carga para las baterías de plomo-ácido sin mantenimiento debe ser de aproximadamente 0,1C, una corriente de carga demasiado grande o demasiado pequeña afectará a la vida útil de la batería.
Batería de litio
Las pilas de litio son un tipo de pilas que utilizan litio metálico o aleaciones de litio como materiales catódicos o anódicos y emplean soluciones electrolíticas no acuosas. Las baterías de litio se dividen principalmente en baterías de metal de litio y baterías de iones de litio. Las baterías de litio se refieren generalmente a las baterías de iones de litio, que son las las mejores pilas recargables que puede soportar la carga y la descarga.
Las baterías de iones de litio utilizan óxido metálico de aleación de litio como material catódico y grafito como material anódico. El cuerpo principal de las baterías de iones de litio para almacenar litio es el material del ánodo, que desempeña un papel clave en el rendimiento de la eficiencia de carga y descarga de la batería y los tiempos de ciclo.
Las baterías de iones de litio se dividen principalmente en baterías de litio-óxido de cobalto, baterías de litio-óxido de manganeso, baterías de litio-óxido de níquel, baterías lifepo4 y baterías ternarias de litio, según los distintos materiales del cátodo.
Sopesando exhaustivamente el precio, el coste, el rendimiento, la seguridad y otros factores, en la aplicación real de los sistemas de almacenamiento de energía se utilizan más las baterías de litio hierro fosfato. En general, se considera que las baterías de litio hierro fosfato no contienen metales pesados ni metales raros, y son baterías no tóxicas, no contaminantes, ecológicas y respetuosas con el medio ambiente.
Utiliza fosfato de hierro y litio (LiFePO4) como material catódico, carbono como material anódico, la tensión nominal del monómero es de 3,2V, y la tensión de corte de carga es de unos 3,6V~3,65V. El voltaje y la capacidad requeridos pueden alcanzarse mediante series y paralelos.
La aplicación de las baterías de litio debe incluir también el BMS (Battery Management System), es decir, el sistema de gestión de baterías. Por lo general, un sistema BMS incluye una unidad de control central, una unidad de adquisición, una unidad de visualización, una unidad de registro de datos y una unidad de expansión externa.
Selección de acumuladores de energía fotovoltaica
Muchos clientes siguen teniendo dudas sobre cómo elegir una batería de almacenamiento de energía fotovoltaica adecuada en el diseño real del sistema, y pueden elegir entre los tres aspectos siguientes.
Batería de plomo o batería de litio
En primer lugar, las baterías representan una elevada proporción de los sistemas de almacenamiento de energía. En el caso de los inversores de almacenamiento de energía que admiten tanto baterías de plomo como baterías de litio, la elección depende de la voluntad de inversión, el tipo de proyecto, la ubicación del proyecto y los requisitos de garantía de calidad.
La densidad energética de las baterías de litio es mayor, de 6 a 7 veces la de las baterías de plomo-ácido, tienen un tamaño más pequeño, pesan menos y tienen un ciclo de vida más largo, de 1,5 a 5 veces el de las baterías de plomo-ácido. Por tanto, las baterías que suelen garantizar los fabricantes de máquinas de almacenamiento de energía son las de litio. Sin embargo, el rendimiento de las baterías de litio es relativamente pobre a bajas temperaturas, y su precio es relativamente alto.
Selección de capacidad
En segundo lugar, la selección de la capacidad de la batería se determina principalmente en función de las necesidades de almacenamiento de energía del usuario y, al mismo tiempo, hay que tener en cuenta la capacidad del sistema.
Por ejemplo, un usuario necesita almacenar 30 kWh/día de electricidad. Ha instalado un sistema de almacenamiento de energía de 3 kW sin conexión a la red y no dispone de suministro eléctrico complementario, por lo que la batería tardará al menos dos días en cargarse por completo. Puede que no esté llena durante mucho tiempo en la época de lluvias continuas.
En este caso, es necesario tener en cuenta las limitaciones de diversos factores en la fase de diseño del sistema, aumentar la capacidad de instalación de los módulos fotovoltaicos y aumentar la capacidad de salida de los equipos de control de almacenamiento de energía.
En cuanto a las baterías de litio, generalmente se puede elegir directamente según la capacidad de un solo PACK, como por ejemplo un pack de baterías con un solo PACK de 2,56KWh, 2 packs son 5,12KWh, y 10 packs son 25,6KWh.
Batería de alta tensión o batería de baja tensión
Existen series de inversores de alta tensión (AT) y series de baja tensión (BT) para el almacenamiento de energía. En consecuencia, las baterías se dividen en batería de alto voltaje y batería de bajo voltaje. Generalmente, una máquina de almacenamiento de energía con salida monofásica se empareja con una batería de bajo voltaje, y el voltaje terminal es de unos 48V~52V.
En este momento, si se utiliza una batería de plomo-ácido, se pueden conectar cuatro de 12V en serie para alcanzar los 48V. Si la batería de litio puede elegir directamente un paquete de baterías con un nivel de tensión de 48V. La máquina de almacenamiento de energía integrada (híbrida) trifásica conectada a la red y fuera de la red puede utilizarse con una batería de alto voltaje, y el voltaje es de unos 100V~550V. Un todo-en-uno más potente tiene un voltaje de batería más alto.
Conclusión
Del contenido anterior se desprende que las baterías de plomo y las de litio tienen sus propias ventajas y desventajas. En general, las baterías de litio son de gama relativamente alta, pero sus precios también son caros. Actualmente, se utilizan más en los mercados europeo, estadounidense y australiano.
La nueva energía es la tendencia, y la enorme demanda del mercado se convertirá en una fuerza motriz inagotable para el rápido desarrollo de la tecnología. Se cree que el mercado se batería de litio sustitución de plomo ácido y el precio de las baterías de litio alcanzará el rango aceptado por el público en un futuro próximo, y muchos campos como los vehículos eléctricos, los sistemas de almacenamiento de energía fotovoltaica y las fuentes de alimentación portátiles se beneficiarán de ello.
