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Fotovoltaica más almacenamiento: mejora el ROI solar y el valor del proyecto
La energía fotovoltaica con almacenamiento combina un parque solar fotovoltaico con un sistema de almacenamiento de energía en baterías. La batería almacena el excedente de electricidad solar o de bajo valor y la suministra cuando la demanda, los precios de la electricidad o las necesidades de la red son más altas. Esto puede mejorar la rentabilidad del proyecto a través del autoconsumo solar, la reducción de picos de demanda, el arbitraje energético, la reducción de recortes y una entrega de energía más predecible. El resultado financiero depende del tamaño del sistema, las tarifas, la degradación de la batería, la estrategia operativa y el coste de instalación.
Energía fotovoltaica con almacenamiento: cómo las baterías mejoran la economía de los proyectos solares
Un parque solar comercial puede producir su máxima energía al mediodía, mientras que la máxima demanda de la instalación ocurre a última hora de la tarde. Un parque solar a escala de servicios públicos puede generar más electricidad de la que la red puede aceptar durante las horas de sol, lo que resulta en recortes o limitaciones. En ambos casos, hay disponible energía renovable valiosa, pero no en el momento más útil.
NREL ha evaluado múltiples configuraciones de energía fotovoltaica con almacenamiento, incluyendo almacenamiento autónomo, energía fotovoltaica acoplada en CA y energía fotovoltaica acoplada en CC.
Una solución completa de almacenamiento de energía solar en baterías combina la generación fotovoltaica, la capacidad de la batería, la conversión de energía, la gestión de energía y la protección del sistema.
Por qué la generación solar no siempre equivale al valor solar
Los paneles solares generan electricidad según las condiciones de la luz solar. Sin embargo, los compradores de energía y los mercados de electricidad valoran la energía según cuándo se necesita.
La energía fotovoltaica con almacenamiento aborda esta falta de coincidencia temporal. Al añadir almacenamiento en baterías, los propietarios de proyectos pueden mover la electricidad solar de períodos de alta producción o bajo valor a períodos de mayor demanda y mayor valor financiero.
¿Qué es la energía fotovoltaica con almacenamiento?
La energía fotovoltaica con almacenamiento es un sistema integrado que combina la generación solar fotovoltaica con el almacenamiento de energía en baterías y controles inteligentes.
Durante las horas diurnas, el parque solar suministra cargas locales, carga la batería o exporta electricidad a la red. Cuando la producción solar disminuye, los precios de la electricidad aumentan o la demanda de la instalación alcanza un pico, la batería puede descargarse.
El LiFePO4 se utiliza con frecuencia para el almacenamiento de energía estacionario debido a su química estable y su capacidad de ciclos diarios. Esta guía explica qué es una batería LiFePO4 y dónde se utiliza comúnmente.
Un sistema completo de almacenamiento de energía fotovoltaica en baterías suele incluir:
- Módulos solares fotovoltaicos
- Módulos, bastidores o armarios de baterías
- Un sistema de conversión de energía o inversor híbrido
- Sistema de gestión de baterías
- Sistema de gestión de energía
- Transformador y aparamenta
- Equipo de protección y medición
- Gestión térmica
- Detección y extinción de incendios
- Monitorización local y remota
Los componentes deben seleccionarse como un sistema coordinado. La tensión de la batería, los límites del PCS, los protocolos de comunicación y los requisitos de la red pueden afectar directamente al rendimiento y a los ingresos.
¿Cómo mejora la energía fotovoltaica con almacenamiento la economía solar?
Una batería no aumenta la cantidad de luz solar disponible. Su valor financiero proviene de cambiar el momento en que se entrega la electricidad solar y cómo interactúa el sitio con la red.
Mayor autoconsumo solar
Sin baterías, el excedente de energía solar puede exportarse a una tarifa baja o reducirse. El almacenamiento permite que el sitio guarde esa energía para más tarde.
Una fábrica, hotel o almacén puede cargar sus baterías durante la fuerte producción diurna y descargarlas durante las operaciones nocturnas. Esto reduce las compras a la red y aumenta la proporción de electricidad solar consumida en el lugar.
Un mayor autoconsumo solar es especialmente valioso cuando el precio minorista de la electricidad de la red es significativamente más alto que la compensación disponible por la energía solar exportada.
Reducción de picos de demanda y cargos por demanda
Muchas tarifas eléctricas comerciales e industriales incluyen cargos por demanda basados en el consumo de energía más alto medido de la instalación.
El almacenamiento de energía solar en baterías comercial puede descargarse cuando la demanda de la instalación se acerca a un límite preestablecido. Esto reduce el pico de potencia importada de la red, incluso cuando el pico de demanda ocurre fuera de las horas de mayor producción del parque solar.
La potencia nominal del PCS de la batería es particularmente importante para esta aplicación. El sistema necesita suficientes kilovatios para reducir el pico de demanda objetivo, mientras que su capacidad en kilovatios-hora debe mantener esa reducción durante la duración del pico.
Las empresas pueden utilizar sistemas de almacenamiento de energía en baterías comerciales para la reducción de picos de demanda para reducir los picos de demanda de la red mientras mantienen la energía almacenada para cargas de respaldo seleccionadas.
Cambio de energía y arbitraje eléctrico
La electricidad solar producida al mediodía puede tener un valor inferior al de la electricidad entregada durante la tarde. Una batería puede mover energía entre estos períodos.
Esta estrategia operativa se conoce comúnmente como cambio horario o arbitraje eléctrico. El beneficio económico depende de la diferencia entre los períodos de bajo y alto valor, después de contabilizar la eficiencia de ida y vuelta, la degradación de la batería y los costes operativos.
Reducción del recorte solar
El recorte ocurre cuando una planta solar recibe la instrucción o se ve obligada a reducir la producción debido a la congestión de la red, los límites de exportación o las condiciones del mercado.
Una batería puede almacenar parte de la energía que de otro modo se recortaría y entregarla más tarde. Esto mejora la utilización del activo solar, aunque el valor depende de la frecuencia con la que se produce el recorte y de si hay suficiente capacidad de batería disponible.
Captura de energía solar recortada
El recorte solar ocurre cuando el parque fotovoltaico puede producir más energía de CC de la que el inversor puede convertir en electricidad de CA.
Un sistema acoplado en CC diseñado adecuadamente puede capturar parte de esta energía recortada y almacenarla en baterías. Esto puede mejorar el valor de salida de un parque fotovoltaico sobredimensionado sin aumentar la capacidad de interconexión de CA.
Energía de respaldo y resiliencia energética
Un proyecto de energía solar con almacenamiento en baterías también puede proporcionar energía de respaldo para cargas críticas. Para las empresas, el valor financiero puede incluir la prevención de pérdidas de producción, la reducción del tiempo de inactividad, la protección del inventario o la continuidad de los servicios esenciales.
La funcionalidad de respaldo requiere controles adecuados, aislamiento de la red y potencia suficiente. Una batería instalada solo para el ahorro de energía conectada a la red puede no funcionar automáticamente durante un corte de energía.
Almacenamiento fotovoltaico con acoplamiento en CA frente a acoplamiento en CC
La elección entre acoplamiento en CA y CC afecta la configuración del equipo, la eficiencia y la economía del proyecto.
Los desarrolladores de proyectos deben comparar sistemas de almacenamiento de energía en baterías acoplados en CA frente a acoplados en CC antes de seleccionar la arquitectura de inversor, PCS y almacenamiento solar.
Almacenamiento acoplado en CA
Un sistema acoplado en CA suele tener inversores separados para la instalación solar y la batería. Ambos sistemas se conectan a través de un bus de CA.
Esta arquitectura suele ser práctica al añadir baterías a un proyecto solar existente. Permite que los sistemas solar y de almacenamiento operen de forma independiente y proporciona flexibilidad al seleccionar el equipo.
Sin embargo, la energía solar almacenada en la batería puede pasar por etapas de conversión adicionales, lo que puede aumentar las pérdidas.
Almacenamiento acoplado en CC
En un sistema acoplado en CC, el parque fotovoltaico y la batería se conectan en el lado de CC antes de utilizar equipos de conversión compartidos o coordinados.
El acoplamiento en CC puede reducir los pasos de conversión al cargar las baterías directamente desde la energía solar. También puede capturar la generación fotovoltaica recortada, lo que lo hace atractivo para nuevos proyectos solares a gran escala con almacenamiento.
La decisión entre almacenamiento acoplado en CA frente a CC debe considerar:
- Instalación nueva o adaptación
- Rangos de voltaje de PV y batería
- Relación de carga del inversor
- Capacidad de interconexión a la red
- Recorte esperado
- Estrategia operativa
- Requisitos de expansión
- Coste de instalación
- Responsabilidades de mantenimiento
La mejor configuración es la que produce el mayor valor a lo largo de la vida útil para el proyecto específico.
Aplicaciones detrás del contador frente a aplicaciones a escala de servicios públicos
Los sistemas detrás del contador se instalan en el lado del cliente del medidor de electricidad. Su valor económico proviene comúnmente del autoconsumo, la reducción de picos de demanda, la energía de respaldo y la optimización de tarifas.
Fábricas, almacenes, hospitales, hoteles, granjas, centros de datos e instalaciones de carga de vehículos eléctricos son candidatos comunes para un sistema comercial de energía fotovoltaica con almacenamiento.
Los proyectos delante del contador se conectan directamente a la red eléctrica. Un proyecto solar a escala de servicios públicos con almacenamiento puede generar valor a partir de la entrega programada de energía, la capacidad, la estabilización de energías renovables, la respuesta de frecuencia u otros servicios de red.
Las oportunidades de ingresos dependen de las reglas del mercado local, los requisitos de la red y la capacidad del proyecto para cumplir con las obligaciones de despacho.
Los parques solares que requieren capacidad de megavatios-hora pueden utilizar almacenamiento de energía en baterías contenedorizadas para desplazar la energía renovable, reducir los recortes y apoyar la entrega programada.
Cómo dimensionar un sistema de energía fotovoltaica con almacenamiento
El dimensionamiento correcto comienza con el objetivo financiero.
Para el autoconsumo, el sistema debe comparar el excedente solar del sitio con su demanda después del atardecer. Para la reducción de picos de demanda, los diseñadores necesitan datos de carga por intervalos para identificar el tamaño y la duración de los picos de demanda. Para aplicaciones de servicios públicos, el dimensionamiento puede depender de un programa de despacho requerido o de la duración del almacenamiento.
Al determinar cómo dimensionar un sistema de energía fotovoltaica con almacenamiento para uso comercial, evalúe:
- Perfil de producción solar
- Datos de carga de la instalación
- Intervalos de demanda máxima
- Tarifas eléctricas
- Compensación por exportación
- Límites de importación y exportación de la red
- Cargas de respaldo requeridas
- Capacidad útil de la batería
- Potencia de carga y descarga del PCS
- Eficiencia de ida y vuelta
- Profundidad de descarga
- Degradación esperada
- Expansión futura
La potencia y la capacidad no deben confundirse. Una batería de 500kW/1MWh puede teóricamente entregar 500kW durante dos horas. La duración real variará debido a las reservas operativas, las pérdidas de eficiencia y los límites de capacidad útil.
Un sistema de almacenamiento de energía de 50kW/100kWh puede soportar el autoconsumo solar, la reducción de picos de demanda, el cambio de carga y la energía de respaldo para cargas comerciales adecuadas.
Coste y ROI de la energía fotovoltaica con almacenamiento
El coste de la energía fotovoltaica con almacenamiento incluye más que los módulos de batería. Un presupuesto completo puede incluir:
- Equipos solares fotovoltaicos
- Celdas, módulos y bastidores de baterías
- PCS o inversor híbrido
- EMS y BMS
- Refrigeración y protección contra incendios
- Transformador y aparamenta
- Obra civil y eléctrica
- Permisos e interconexión
- Ingeniería y puesta en marcha
- Envío y mantenimiento
La economía de la energía fotovoltaica con almacenamiento debe evaluarse a lo largo de la vida útil del sistema. Un modelo financiero básico puede expresarse como:
Valor anual = ahorro de energía + ahorro en cargos por demanda + ingresos por servicios de red + costos por interrupciones evitadas - gastos operativos
Los propietarios de proyectos también deben incluir la degradación de la batería, las pérdidas de eficiencia, los costos de financiación y las suposiciones de reemplazo.
Los proyectos que requieren una mayor capacidad pueden considerar un BESS comercial de 105 kW/241 kWh para fábricas, almacenes, hoteles, granjas y microrredes.
El retorno de inversión del almacenamiento de energía solar será más sólido cuando la batería tenga varios flujos de valor compatibles. Por ejemplo, un sistema comercial podría aumentar el autoconsumo solar, reducir los cargos por demanda y mantener una reserva de respaldo. Sin embargo, la estrategia operativa debe evitar prometer la misma capacidad de batería a usos conflictivos al mismo tiempo.
Cómo mejorar el tiempo de recuperación de la inversión de PV Plus Storage
Varias decisiones pueden mejorar el rendimiento financiero de un proyecto:
- Utilice datos reales de carga por intervalo en lugar de totales mensuales.
- Dimensionar la batería en torno a la oportunidad económica.
- Evite el sobredimensionamiento innecesario de la batería.
- Adapte la potencia del PCS al pico de demanda real.
- Modelar la degradación de la batería de manera realista.
- Confirme las limitaciones de interconexión y exportación con anticipación.
- Combine oportunidades compatibles de ingresos y ahorros.
- Seleccione un EMS capaz de ejecutar la estrategia planificada.
- Compare la capacidad utilizable en lugar de la capacidad nominal.
- Evalúe el costo total del ciclo de vida en lugar de solo el precio de compra.
Cualquier persona que investigue cómo calcular la recuperación de la inversión de PV Plus Storage debería probar varios tamaños de sistema y escenarios operativos. La batería más grande no siempre proporciona el mejor retorno.
Elegir un proveedor de PV Plus Storage
Un proveedor calificado de PV Plus Storage debe ayudar a traducir los datos de carga, la producción solar y los objetivos del proyecto en un diseño de sistema viable.
Antes de comprar, los compradores deben confirmar:
- Capacidad nominal y utilizable
- Potencia continua del PCS
- Rangos de voltaje CA y CC
- Compatibilidad solar y de batería
- Capacidades conectadas a la red y fuera de la red
- Protocolos de comunicación
- Gestión térmica
- Diseño de protección contra incendios
- Certificaciones
- Términos de la garantía
- Garantías de rendimiento
- Límites de expansión
- Soporte de puesta en marcha
Para una solución llave en mano de PV Plus Storage, la cotización debe definir claramente la responsabilidad de la ingeniería, el equipo, la instalación, la conexión a la red, la puesta en marcha y el servicio postventa.
Convertir la producción solar en un mayor valor para el proyecto
PV Plus Storage mejora la economía solar al hacer que la electricidad renovable esté disponible cuando tiene un mayor valor operativo o financiero.
Los proyectos más sólidos no son necesariamente los más grandes. Son aquellos que conectan la potencia, la capacidad y los controles de la batería a una oportunidad medible, como la reducción de la demanda máxima, un mayor autoconsumo solar, una reducción de la restricción o la entrega programada de energía.
Con datos precisos e ingeniería coordinada, PV Plus Storage puede convertir un activo solar variable en un sistema de energía más flexible, fiable y económicamente productivo.
Los equipos de proyectos pueden usar el método de evaluación del rendimiento de BESS del DOE como referencia al evaluar el rendimiento de los sistemas de almacenamiento instalados.
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