El auge del mercado del almacenamiento de energía era previsible. El «almacenamiento de energía», como su nombre indica, implica almacenar energía eléctrica. Para almacenar energía eléctrica se requiere un medio o contenedor, y las baterías son precisamente los contenedores que almacenan la energía eléctrica.
Generalmente se utilizan dos tipos principales de baterías en Sistemas de almacenamiento de energía fotovoltaica: baterías de plomo-ácido y baterías de iones de litio .
01. Baterías de plomo-ácido
Las baterías de plomo-ácido son dispositivos de almacenamiento de energía química que utilizan plomo y dióxido de plomo (PbO₂) como materiales activos para los electrodos negativo y positivo, y ácido sulfúrico diluido como electrolito. En esencia, logran la interconversión entre energía eléctrica y energía química mediante reacciones electroquímicas; son la fuente de energía química preferida para diversos sistemas de almacenamiento de energía, fuentes de alimentación de emergencia y dispositivos de arranque suave o automático.
Una sola celda de batería de plomo-ácido tiene una tensión nominal de 2,0 V, puede descargarse a 1,5 V y cargarse a 2,4 V. En la práctica, se suelen conectar seis celdas en serie para formar un módulo de batería de plomo-ácido con una tensión nominal de 12 V. Al conectar adecuadamente las celdas en serie y en paralelo, se obtiene la tensión aceptable del sistema (por ejemplo, 48 V o 96 V), lo que permite una carga y descarga normales.
Los componentes principales de un batería de plomo-ácido Incluye: terminales positivo y negativo, placas, separadores, electrolito y un contenedor. Debido a que el módulo de batería contiene una gran cantidad de solución química, suele ser bastante pesado.
Las baterías de plomo-ácido incluyen principalmente baterías de plomo-ácido inundadas, baterías de plomo-ácido de gel sin mantenimiento (específicas para energía solar) y baterías de plomo-carbono. En la práctica, las baterías de gel y de plomo-carbono son cada vez más comunes. Las baterías de gel presentan una resistencia superior a la sobredescarga, capacidad de autorrecuperación y un rendimiento de carga y descarga a baja temperatura. Las baterías de plomo-carbono, gracias a la adición de carbono (grafeno) al electrolito, previenen la sulfatación en el electrodo negativo, lo que mitiga los fallos de la batería y prolonga significativamente su vida útil.
Las baterías de plomo-ácido suelen emplear tres modos de carga: corriente constante, voltaje constante y carga de flotación, también conocida como carga de tres etapas. La corriente de carga es un parámetro crucial, generalmente expresado en C. Las especificaciones de la batería indican claramente la corriente de carga máxima, que suele ser 0,1 C, 0,2 C o 0,3 C. Por ejemplo, una batería con una capacidad C de 200 Ah requeriría una corriente de carga de 0,1 C (0,1 × 200 = 20 A) y 0,2 C (0,2 × 200 = 40 A). La corriente de carga óptima para baterías de plomo-ácido sin mantenimiento es de aproximadamente 0,1 C; corrientes de carga excesivamente altas o bajas afectarán negativamente la vida útil de la batería.
02. Baterías de litio
Las baterías de litio son un tipo de batería que utiliza metal de litio o aleaciones de litio como materiales de electrodo positivo/negativo y una solución electrolítica no acuosa; se dividen principalmente en baterías de metal de litio y baterías de iones de litio. Generalmente, cuando se habla de baterías de litio, se hace referencia a las baterías de iones de litio, que son recargables, lo que significa que se pueden cargar y descargar. Las baterías de iones de litio utilizan óxidos metálicos de aleación de litio como material de electrodo positivo y grafito como material de electrodo negativo. El material de electrodo negativo es el componente principal que almacena el litio en un... batería de iones de litio , y juega un papel crucial en la eficiencia de carga/descarga de la batería, el ciclo de vida y otras características de rendimiento.
Las baterías de iones de litio se clasifican principalmente según los diferentes materiales de electrodos positivos, incluidas las baterías de óxido de cobalto y litio, las baterías de óxido de manganeso y litio, las baterías de óxido de níquel y litio, las baterías de fosfato de hierro y litio y las baterías ternarias de litio.
Considerando factores como precio, costo, rendimiento y seguridad, las baterías de fosfato de hierro y litio se utilizan con mayor frecuencia en sistemas prácticos de almacenamiento de energía. Generalmente, se considera que estas baterías no contienen metales pesados ni raros, lo que las convierte en baterías no tóxicas, libres de contaminación y respetuosas con el medio ambiente. Utilizan fosfato de hierro y litio (LiFePO₄) como material del electrodo positivo y carbono como material del electrodo negativo. La tensión nominal de una celda es de 3,2 V y la tensión de corte de carga es de aproximadamente 3,6 V a 3,65 V. La tensión y la capacidad requeridas se obtienen mediante conexiones en serie y en paralelo.
03. Batería de almacenamiento de energía
Selección Muchos clientes aún están confundidos sobre cómo elegir la opción correcta batería de almacenamiento de energía En el diseño real del sistema, la selección puede abordarse desde los tres aspectos siguientes:
Batería de plomo-ácido o batería de litio
En primer lugar, las baterías representan una alta proporción sistemas de almacenamiento de energía . Para inversores de almacenamiento de energía Que admiten tanto baterías de plomo-ácido como de litio, la elección depende de las intenciones de inversión, el tipo de proyecto, la ubicación del proyecto, los requisitos de garantía, etc. Las baterías de litio tienen una mayor densidad energética (ρ=E/V), aproximadamente de 6 a 7 veces la de las baterías de plomo-ácido. También son más pequeñas, ligeras y tienen una vida útil más larga, de 1,5 a 5 veces la de las baterías de plomo-ácido. Por lo tanto, las baterías cubiertas por la garantía de los fabricantes de dispositivos de almacenamiento de energía generalmente son baterías de litio. Sin embargo, las baterías de litio tienen un rendimiento inferior a bajas temperaturas y también son más caras, típicamente de 2 a 4 veces más que las baterías de plomo-ácido.
Selección de capacidad
En segundo lugar, la selección de la capacidad de la batería debe basarse principalmente en las necesidades de almacenamiento de energía del usuario, considerando también la capacidad del sistema. Por ejemplo, si un usuario necesita almacenar 30 kWh/día de electricidad y ha instalado un sistema de almacenamiento de energía aislado de 3 kW sin conexión a la red eléctrica, sus baterías necesitarán al menos dos días para cargarse por completo; durante períodos de lluvia continua, es posible que no puedan cargarse completamente durante un período prolongado. En estos casos, se deben considerar diversas restricciones durante la fase de diseño del sistema, como el aumento de la capacidad instalada de los módulos fotovoltaicos y la capacidad de salida de los equipos de control de almacenamiento de energía. Las especificaciones de las baterías de plomo-ácido se expresan típicamente como "xxx V/xxx Ah", por ejemplo, el valor común es de 12 V/100 Ah. La capacidad de una sola batería es de 12 × 100 = 1200 Vah = 1200 Wh = 1,2 kWh o 1,2 kilovatios-hora. Si se requiere una capacidad de almacenamiento de 30 kWh, se necesitarían aproximadamente 30 ÷ 1,2 = 25 baterías. En el caso de las baterías de litio, la selección se basa generalmente en la capacidad de un solo paquete de baterías. Por ejemplo, un solo paquete de baterías tiene una capacidad de 2,56 kWh; dos paquetes tendrían una capacidad de 5,12 kWh, y diez paquetes tendrían una capacidad de 25,6 kWh.
Baterías de alto o bajo voltaje
Los inversores de almacenamiento de energía vienen en series de alto voltaje (HV) y bajo voltaje (LV) . Por consiguiente, las baterías también se ofrecen en tipos de alto y bajo voltaje. Generalmente, las unidades de almacenamiento de energía de salida monofásica se combinan con baterías de bajo voltaje, con una tensión terminal de aproximadamente 48 V a 52 V. Si se utilizan baterías de plomo-ácido, se pueden alcanzar 48 V conectando cuatro baterías de 12 V en serie. Si se utilizan baterías de litio, una Paquete de baterías de 48 V Se puede seleccionar directamente. Las unidades de almacenamiento de energía trifásicas conectadas a la red (híbridas) pueden conectarse a baterías de alto voltaje, con voltajes que oscilan entre 100 V y 550 V aproximadamente. Las unidades integradas de mayor potencia tienen voltajes de batería aún mayores; por ejemplo, la unidad conectada a la red de la serie Growatt WIT-H tiene un voltaje nominal de batería de 768 V, con un rango de voltaje de 600 V a 1000 V. El método de conexión serie-paralelo es similar al de las baterías de bajo voltaje.
En resumen, podemos observar que las baterías de plomo-ácido y de litio tienen sus ventajas y desventajas. En general, las baterías de litio son relativamente de gama alta, pero también más caras. Actualmente, se utilizan más ampliamente en mercados extranjeros como Europa, América y Australia. Las nuevas energías son tendencia, y la enorme demanda del mercado será un motor inagotable para el rápido desarrollo tecnológico. Se cree que, en un futuro próximo, el precio de las baterías de litio alcanzará un rango aceptable para el público general, y muchos sectores, como los vehículos de nuevas energías, los sistemas de almacenamiento de energía fotovoltaica y las fuentes de alimentación portátiles, se beneficiarán de ello.
