Un sistema de almacenamiento de baterías solares almacena el excedente de electricidad generado por los paneles solares y lo libera cuando el edificio necesita más energía de la que produce el conjunto solar. Puede aumentar el autoconsumo solar, reducir los cargos por demanda máxima, cambiar la energía a períodos de tarifas costosas y proporcionar energía de respaldo. Un sistema completo típicamente incluye baterías, un PCS o inversor híbrido, BMS, EMS, refrigeración, protección y equipos de monitoreo. Su costo depende de la potencia, capacidad, duración, características de seguridad y requisitos de instalación.

Sistema de Almacenamiento de Baterías Solares: Una Guía Práctica sobre Beneficios, Diseño y Costo

Un sistema de almacenamiento de baterías solares resuelve este problema de tiempo. Almacena la electricidad solar no utilizada y la pone a disposición más tarde. En lugar de exportar o restringir inmediatamente el exceso de energía, el sistema puede usar esa energía para soportar cargas locales, reducir el consumo de la red o mantener operaciones esenciales durante un corte.

Una solución completa de almacenamiento de batería solar puede almacenar el excedente de energía solar, reducir la dependencia de la red y proporcionar electricidad cuando la producción solar no está disponible.

¿Qué es un sistema de almacenamiento de baterías solares?

Los paneles solares producen electricidad cuando hay luz solar disponible, pero la demanda de energía no siempre sigue el mismo horario. Una empresa puede generar un excedente de energía solar al mediodía y luego experimentar su mayor demanda de electricidad por la noche.

Esta combinación a menudo se llama almacenamiento solar más batería. Se puede instalar detrás del medidor en un hogar, edificio comercial o fábrica, o conectar delante del medidor en una granja solar a escala de servicios públicos.

La guía del Departamento de Energía de EE. UU. sobre los conceptos básicos de energía solar y almacenamiento explica cómo las baterías pueden hacer que la electricidad solar esté disponible cuando la luz solar es limitada y ayudar a gestionar las variaciones en la producción solar.

¿Cómo funciona el almacenamiento de baterías solares?

Un sistema de almacenamiento de energía solar gestiona la electricidad entre cuatro puntos principales: el conjunto solar, la batería, las cargas conectadas y la red eléctrica.

Cuando la producción solar es mayor que la demanda inmediata del sitio, el exceso de electricidad carga la batería. Cuando la producción solar cae por debajo de la demanda, la batería se descarga a través de un sistema de conversión de energía o un inversor híbrido.

Para las empresas, el almacenamiento de batería comercial puede combinar la reducción de picos, el desplazamiento de carga, la energía de respaldo y el autoconsumo solar en un solo sistema.

Un sistema de gestión de energía controla este proceso de acuerdo con las prioridades del proyecto. Por ejemplo, puede:

• Cargar baterías con excedente de energía solar
• Reducir el consumo de la red durante períodos costosos
• Mantener una reserva mínima de respaldo
• Limitar la demanda máxima de la red de la instalación
• Soportar cargas fuera de la red
• Seguir un plan de despacho de servicios públicos programado

La batería no genera electricidad. Cambia cuando la energía solar disponible se utiliza, haciendo que la energía solar sea más flexible y controlable.

¿Qué equipos incluye el sistema?

Un sistema completo de almacenamiento de baterías solares contiene varios componentes coordinados.

Panel solar fotovoltaico

El panel fotovoltaico convierte la luz solar en electricidad de corriente continua. Su capacidad y perfil de generación influyen en la cantidad de energía excedente que puede estar disponible para el almacenamiento.

Módulos de batería

Los módulos de batería almacenan energía eléctrica. Se pueden instalar en unidades de pared, bastidores interiores, gabinetes exteriores o sistemas en contenedores, dependiendo de la escala del proyecto.

Comprender qué es una batería LiFePO4 puede ayudar a los compradores a evaluar su seguridad, vida útil, requisitos de mantenimiento e idoneidad para el almacenamiento solar diario.

Sistema de conversión de energía

El PCS controla la carga y descarga de la batería mientras convierte la electricidad entre CC y CA. Su potencia nominal determina cuánta energía puede entregar el sistema a la vez.

Sistema de gestión de batería

El BMS monitorea el voltaje de la celda, la temperatura, la corriente y el estado de carga. También aplica límites de protección y se comunica con el controlador del sistema.

Sistema de gestión de energía

El EMS decide cuándo y por qué funciona la batería. Puede coordinar la producción solar, la demanda de la instalación, las tarifas eléctricas, los límites de la red y el funcionamiento del generador.

Equipo de apoyo

Los proyectos comerciales también pueden requerir transformadores, aparamenta, relés de protección, medición, HVAC o refrigeración líquida, protección contra incendios, equipos de comunicación y monitoreo remoto.

Beneficios del almacenamiento de baterías solares

El valor de una batería depende de lo bien que su estrategia operativa se adapte al sitio.

Los contratistas de EPC y los compradores de proyectos pueden revisar las especificaciones técnicas de almacenamiento de baterías del DOE al desarrollar los requisitos de adquisición.

Mayor autoconsumo solar

Una batería captura la electricidad solar que de otro modo se exportaría o se reduciría. La energía almacenada puede entonces abastecer las cargas de la tarde o de la madrugada, permitiendo al propietario utilizar más electricidad producida en el lugar.

Reducción de picos

El almacenamiento comercial de baterías solares puede descargarse durante períodos cortos de alta demanda. Esto reduce la potencia máxima extraída de la red y puede disminuir los cargos por demanda.

Desplazamiento de carga

La batería puede mover la energía solar de los períodos diurnos de bajo valor a las horas de la tarde de mayor valor. Esto es especialmente útil donde los precios de la electricidad cambian según la hora del día.

Energía de respaldo

Un sistema de respaldo de batería solar puede suministrar cargas seleccionadas cuando la red falla. La operación de respaldo requiere aislamiento, controles y equipos de distribución apropiados, además de la batería misma.

Resiliencia energética

Las empresas pueden utilizar la energía almacenada para proteger equipos críticos, reducir interrupciones en la producción y apoyar servicios esenciales. El tiempo de respaldo disponible depende de la capacidad utilizable y del tamaño de la carga protegida.

Mejor integración de energías renovables

Las grandes granjas solares pueden utilizar el almacenamiento de baterías para suavizar la producción, reducir la reducción y entregar electricidad solar de acuerdo con un cronograma planificado.

Almacenamiento acoplado a CA vs. CC

La arquitectura eléctrica afecta la eficiencia, flexibilidad y selección de equipos.

Los propietarios de proyectos deben comparar BESS acoplado a CA vs. CC antes de seleccionar el PCS, el inversor y la arquitectura eléctrica general.

En un sistema acoplado a CA, el panel solar y la batería normalmente utilizan inversores separados y se conectan a través de un bus de CA. Esta configuración suele ser adecuada cuando se añade almacenamiento de batería a una instalación solar existente.

En un sistema acoplado a CC, el panel solar y la batería se conectan en el lado de CC. El diseño puede capturar la generación solar que de otro modo sería recortada por el inversor fotovoltaico y puede reducir las etapas de conversión al cargar directamente desde la energía solar.

La decisión entre almacenamiento acoplado a CA vs. CC debe considerar:

• Si el sistema solar es nuevo o existente
• Rangos de voltaje fotovoltaico y de batería
• Modos de funcionamiento requeridos
• Compatibilidad de equipos
• Requisitos de interconexión a la red
• Planes de expansión
• Presupuesto del proyecto

El acoplamiento de CA generalmente ofrece una gran flexibilidad de adaptación, mientras que el acoplamiento de CC a menudo se considera para proyectos nuevos e integrados de almacenamiento solar.

Cómo diseñar un sistema de almacenamiento de baterías solares

Un buen diseño de sistema de baterías solares comienza con el resultado deseado, no con un tamaño de batería predeterminado.

El primer paso es definir el caso de uso principal. ¿El sistema está destinado a energía de respaldo, reducción de picos, autoconsumo solar, operación fuera de la red o servicios públicos? Intentar lograr todos los objetivos con una sola estrategia operativa puede generar requisitos contradictorios.

Los diseñadores deben recopilar entonces:

• Datos de carga cada quince minutos u horario
• Estimaciones de generación solar diaria y estacional
• Registros de demanda máxima
• Información de carga crítica
• Tarifas de electricidad
• Límites de importación y exportación de la red
• Duración de respaldo requerida
• Espacio de instalación disponible
• Condiciones ambientales
• Planes de expansión futuros

Esta información ayuda a determinar la potencia requerida del PCS, la capacidad de la batería y la estrategia de control.

Cómo dimensionar un sistema de almacenamiento de baterías solares

La potencia y la energía deben calcularse por separado.

Los amperios-hora no muestran la capacidad total de energía a menos que también se considere el voltaje de la batería. Esta guía de cálculo de amperios-hora de baterías solares explica cómo se relacionan los Ah, el voltaje y los kilovatios-hora.

La potencia de la batería se mide en kilovatios o megavatios. Determina cuánta carga puede soportar el sistema en un momento dado. La energía de la batería se mide en kilovatios-hora o megavatios-hora. Determina cuánto tiempo puede la batería soportar esa carga.

Por ejemplo, un sistema de 100kW/400kWh tiene una duración nominal de cuatro horas cuando se descarga a 100kW. El tiempo de funcionamiento real puede ser menor debido a pérdidas de eficiencia, consumo auxiliar, límites de profundidad de descarga y capacidad reservada.

Al determinar cómo dimensionar un sistema de almacenamiento de baterías solares para uso comercial, considere:

1. La potencia máxima que la batería debe proporcionar
2. La energía requerida durante el período objetivo
3. La cantidad de generación solar excedente disponible
4. La duración deseada de respaldo o reducción de picos
5. Degradación de la batería durante la vida útil del proyecto

Una batería puede tener suficiente energía almacenada, pero una potencia de PCS insuficiente para operar grandes cargas. Por el contrario, un sistema de alta potencia con capacidad de energía limitada puede soportar un pico de demanda, pero no un corte prolongado.

¿Qué batería es la mejor para el almacenamiento solar?

LiFePO4 se selecciona comúnmente para el almacenamiento de batería solar LiFePO4 porque ofrece una química estable, una larga vida útil y un fuerte rendimiento en aplicaciones de ciclo diario.

Sin embargo, la mejor batería para el almacenamiento solar comercial depende de algo más que la química. Los compradores deben comparar:

• Capacidad nominal y utilizable
• Vida útil del ciclo
• Profundidad de descarga
• Tasa de carga y descarga
• Eficiencia de ida y vuelta
• Temperatura de funcionamiento
• Método de refrigeración
• Supuestos de degradación
• Pruebas de seguridad
• Cobertura de la garantía

Las baterías de plomo-ácido aún pueden ser adecuadas para algunas aplicaciones más pequeñas o de bajo ciclo. Otras tecnologías, incluidas las baterías de iones de sodio y de flujo, pueden ofrecer ventajas bajo requisitos ambientales o de duración específicos.

Un sistema de batería solar de 50kW/100kWh puede soportar el autoconsumo solar, el control de la demanda máxima y la energía de respaldo para cargas comerciales adecuadas.

¿Pueden funcionar las baterías solares durante un apagón?

Sí, pero solo si el sistema está diseñado para operación de respaldo.

Un inversor solar conectado a la red a menudo se apaga cuando falla la energía de la red. Esto protege a los trabajadores y evita que el sistema solar energice líneas de red desconectadas.

Para operar durante un apagón, el proyecto puede requerir un interruptor de transferencia automático, aislamiento de red, panel de carga crítica, controlador de microrred e inversor o PCS formador de red.

Cualquiera que pregunte cuánto dura una batería solar durante un apagón debe comparar la capacidad útil de la batería con la carga protegida. Una batería de 200 kWh que soporta una carga constante de 50 kW tiene una duración teórica de cuatro horas. El tiempo de funcionamiento real variará porque las cargas cambian y parte de la capacidad de la batería puede estar reservada.

¿Cuánto cuesta un sistema de almacenamiento de energía solar con baterías?

El costo del sistema de almacenamiento de energía solar con baterías está influenciado por:

• Capacidad de la batería
• Potencia del PCS
• Duración del almacenamiento
• Química de la batería
• Refrigeración por aire o líquido
• Detección y supresión de incendios
• Transformador y aparamenta
• Diseño de la carcasa
• Instalación y obra civil
• Interconexión a la red
• Pruebas y puesta en marcha
• Envío y certificación

Debido a que cada proyecto es diferente, comparar equipos solo por el precio por kilovatio-hora puede ser engañoso.

Los proyectos que requieren mayor capacidad pueden considerar un BESS comercial de 105kW/241kWh para fábricas, hoteles, granjas, almacenes y microrredes.

Un análisis realista del costo del sistema de almacenamiento de energía solar comercial con baterías debe incluir la capacidad útil, la vida útil esperada del ciclo, la eficiencia, la degradación, el mantenimiento y los términos de la garantía. El modelo financiero también debe estimar los ahorros por cargos de demanda, el valor del arbitraje energético, los costos de interrupción evitados y los posibles ingresos por servicios de red.

Elegir un proveedor de almacenamiento de energía solar con baterías

Un proveedor confiable de sistemas de almacenamiento de energía solar con baterías debe proporcionar más que especificaciones de baterías. La batería, el PCS, el BMS y el EMS propuestos deben funcionar juntos dentro de los límites requeridos de voltaje, potencia y comunicación.

Antes de solicitar una cotización final, confirme:

• Energía nominal y utilizable
• Potencia continua de carga y descarga
• Voltajes de CA y CC compatibles
• Funciones conectadas a la red y fuera de la red
• Diseño de gestión térmica
• Sistema de protección contra incendios
• Protocolos de monitoreo y comunicación
• Certificaciones aplicables
• Garantía y garantías de rendimiento
• Opciones de expansión
• Puesta en marcha y soporte técnico

Para una solución solar comercial llave en mano con baterías, el proveedor debe definir claramente el alcance de la ingeniería, el equipo, la instalación, la conexión a la red y el servicio posventa.

Construir alrededor del objetivo energético real

Un sistema de almacenamiento de energía solar con baterías exitoso comienza con un objetivo técnico o financiero específico. Una vez que el equipo del proyecto comprende el perfil de carga, la producción solar, la estructura tarifaria y los requisitos de respaldo, puede seleccionar la capacidad de batería adecuada, la clasificación del PCS y la estrategia de operación.

Un diseño cuidadoso convierte la energía solar en un recurso más confiable. También evita el sobredimensionamiento, reduce el riesgo técnico y ayuda al proyecto a ofrecer un valor medible durante toda su vida útil.

Los proyectos comerciales e industriales más grandes pueden requerir un BESS C&I de 125kW/261kWh para el cambio diario de energía, la reducción de los cargos por demanda y el soporte de respaldo.