Batería solar: soluciones de almacenamiento de energía

¿Por qué equiparse con una batería solar?

Hay varias razones por las que desearía agregar una batería solar a su sistema. Ya sea en un escenario aislado, híbrido o comercial e industrial, tenemos una batería que se adaptará a sus necesidades, rentable y duradera, desde 2 hasta varios cientos de kWh.

Maximizar el uso de energía procedente de paneles solares.  : Las baterías le permiten almacenar energía solar para usarla por la tarde y por la noche. Con la instalación de una batería solar importarás menos energía de EDF y ahorrarás en tu factura de luz. Por tanto, podemos hablar aquí de optimizar el autoconsumo (híbrido), acoplado a sus paneles solares.

Hacer arbitraje HP/HC: Si no tiene una batería solar, las tarifas por tiempo de uso podrían aumentar significativamente sus facturas de electricidad. Pero una batería con un “stock” de energía (capacidad) en KwH y suficientes paneles solares puede alimentarlo durante estos períodos pico cuando el precio de la electricidad es más alto.

Algunos sistemas de baterías (p. ej. SIGENERGÍA) son capaces de realizar este tipo de arbitraje inteligente, para recargar con electricidad de la red fuera de las horas punta cuando tenga sentido. Por ejemplo, si parece que no habrá suficiente sol para recargar las pilas al día siguiente a través de los paneles, acoplando una previsión meteorológica.

Autosuficiencia solar gracias a baterías (backup): Todas nuestras gamas de baterías ofrecidas son capaces de funcionar de forma aislada, es decir sin la presencia de EDF. De este modo, podrá beneficiarse de una función denominada “emergencia” (= respaldo) parcial o total para proteger sus cargas en el hogar. Durante el día, si se produce un corte del EDF, podrá seguir beneficiándose de la energía solar a través de sus paneles.

¿Cuáles son los diferentes tipos de baterías solares?

La evolución de las baterías solares: el declive de las baterías de GEL y Plomo:

Las baterías solares han experimentado un importante desarrollo, marcado por el declive de tecnologías antiguas como las de GEL y las de plomo (marca Hoppecke, Victron, Enersys, etc.). Las baterías GEL, con su electrolito en forma de gel, que alguna vez fueron populares, y las baterías AGM (estera de vidrio absorbido), aunque requieren poco mantenimiento y ofrecen una vida útil relativamente larga, ahora están obsoletas. Su rendimiento y vida útil, generalmente entre 800 y 900 ciclos para las GEL y hasta 10 años para las AGM, palidecen en comparación con los avances de las baterías de litio. Asimismo, las baterías de plomo abiertas, a pesar de su coste económico, requieren un mantenimiento importante y están limitadas por su diseño no estanco. Hoy en día todavía se venden en kits solares de gama básica, donde las baterías AGM, por su bajísimo precio, permiten realizar instalaciones a bajo coste, especialmente para furgonetas camper.

La superioridad técnica de las baterías solares de iones de litio:

Las baterías solares de iones de litio, gracias a su tamaño compacto y su larga vida útil, se han establecido rápidamente como la tecnología preferida para el almacenamiento de energía solar. Ofrecen una mayor eficiencia energética y una vida útil significativamente más larga que las baterías de GEL y de plomo, lo que marca un punto de inflexión en el almacenamiento de energía solar. Las baterías de litio están equipadas con un sistema electrónico de gestión interna, un BMS, que optimizará la descarga y la carga en función de las tensiones de los paneles solares y del inversor-cargador utilizado. Las capacidades varían entre 2 y 10 kWh por elemento, según las marcas de baterías. La potencia de descarga puede ser de hasta 5000W para algunos modelos. La calidad del BMS también influirá en la vida útil de la batería de litio, y en su capacidad de descarga y, por tanto, en la energía devuelta.

Las denominadas tecnologías de baterías “alternativas”: níquel-hierro, titanato de litio e iones de sodio:

Al mismo tiempo, otras tecnologías emergentes, como las baterías de níquel-hierro, titanato de litio y iones de sodio. Las baterías de níquel-hierro, conocidas por su robustez y longevidad, se distinguen por su capacidad para soportar ciclos profundos de carga y descarga sin una degradación significativa, al tiempo que garantizan una descarga rápida si es necesario. Son ideales para sistemas solares fuera de la red. Pueden realizar hasta 8000 ciclos y su electrolito se puede renovar. Se pueden dar de alta al 0% sin riesgo. El precio ronda los 600 euros el kWh.

La tecnología de batería solar de titanato de litio, por otro lado, ofrece una carga extremadamente rápida y una vida útil prolongada, incluso en condiciones climáticas extremas. Aunque son caras, las baterías solares de titanato de litio tienen la mejor garantía del mercado (20 años para Zenaji), o 10 veces la de una batería de plomo Hoppecke o Victron AGM. El precio, por otro lado, es aproximadamente 3 veces mayor que el de una batería de litio convencional.

Finalmente, las baterías de iones de sodio están surgiendo como una alternativa prometedora, que ofrece una solución más asequible y ambientalmente sostenible. Aunque aún se encuentran en fase de desarrollo, estas baterías se están considerando para aplicaciones a gran escala, debido a su bajo costo de producción y abundancia de sodio. Su capacidad energética es un poco inferior a la de las baterías solares de litio, debido a una densidad energética de alrededor de 130 Wh/Kg, frente a los 160 de las baterías LiFePO.

La transición a tecnologías de baterías más avanzadas, incluidas las de iones de litio, níquel-hierro, titanato de litio e iones de sodio, refleja avances continuos en el almacenamiento de energía solar. Este desarrollo promete una mayor eficiencia, una mejor sostenibilidad y una reducción de la huella ecológica, allanando el camino para una era nueva y más sostenible de la energía solar.

¿Por qué las baterías solares de litio son superiores a las de plomo (AGM, OPZ)?

La diferencia más notable entre la tecnología de litio (LIFEPO por ejemplo) y las baterías AGM/GEL como Hoppecke o Enersys reside en la capacidad de carga/descarga. El siguiente cuadro muestra la capacidad como porcentaje de la capacidad nominal versus la tasa (o velocidad) de descarga (en potencia). Con tasas de descarga de batería muy altas, la capacidad de una batería de plomo-ácido AGM/GEL es sólo el 60% de su capacidad nominal:

Por lo tanto, en sistemas solares donde la batería está muy cargada o regularmente con picos de descarga, una batería de litio con menor capacidad tendrá una mayor capacidad UTILIZABLE que una batería de plomo-ácido con capacidad similar. Es decir, con una capacidad similar, la batería de litio seguramente costará más, pero podrás utilizar una capacidad menor ya que no es necesario sobredimensionarla para absorber los picos de descarga.

La otra ventaja de las baterías de litio LIFEPO, en comparación con las baterías de plomo AGM/GEL, radica en la capacidad de ciclo (vida útil). La tecnología LIFEPO tiene aproximadamente 10 veces más capacidad de ciclo en comparación con las mejores baterías OPZ. Esto hace que el coste de los kWh almacenados sea mucho menor que el del plomo, lo que significa que no será necesario reemplazar la batería de litio durante la vida útil del sistema solar:

¿Cómo funciona una batería solar?

Una batería solar puede imaginarse como una especie de “sándwich” electroquímico que se utiliza para almacenar energía. De un lado tienes el ánodo y del otro lado tienes el cátodo. Entre los dos, hay una interfaz conductora iónica, llamada electrolito, y un separador.

Los electrones cargados negativamente de la batería se concentran en el ánodo. A medida que los opuestos se atraen, quieren ir hacia el cátodo cargado eléctricamente positivamente en la batería. El electrolito actúa como un amortiguador, evitando que los electrones tomen el camino más corto desde la batería (¡lo que causaría un cortocircuito eléctrico!).

Conectar el ánodo y el cátodo mediante un cable externo permite que fluyan los electrones de la batería. Este flujo de electrones es lo que llamamos electricidad.

Diagrama de principios (fuente: www.solarquotes.com)

En las baterías solares recargables (técnicamente denominadas baterías "secundarias", a diferencia de las baterías de un solo uso), se utiliza una fuente de energía externa para invertir el flujo de corriente (a través de paneles solares, por ejemplo). De esta forma se almacena la energía (hablamos de kWh), para su posterior uso o recarga mediante el panel solar.

Hay muchas formas de disponer el cátodo, el ánodo y las láminas separadoras en una batería solar moderna de iones de litio.

Por lo general, están construidos como un rodillo dentro de cilindros metálicos llamados células. Un sistema de almacenamiento de energía doméstico puede tener miles de estas celdas de batería cilíndricas. También podemos encontrar una construcción de tipo rectangular, que se denomina prismática. Finalmente, están los diseños de folletos de “celdas de bolsa” que se encuentran en Pylontech en particular:

¡Energía de batería Y energía! no debe ser confundido …

En nuestra guía sobre autonomía solar, Explicamos la distinción que debe hacerse entre potencia y densidad (o capacidad) de energía. Aquí está el diagrama de la bañera que es fácil de entender:

Cuando se trata de baterías, una analogía útil es el agua que fluye a través de una tubería hacia un recipiente, excepto que el agua sería electricidad y la potencia sería el caudal:

• Potencia (kW), o “potencia” en inglés, es la velocidad a la que el agua fluye a través de la tubería, dentro o fuera del contenedor.
• La energía (kWh), o capacidad, es la cantidad de agua que puede contener el recipiente.

La mayoría de las baterías solares de iones de litio tienen una salida máxima continua. entre 3 y 5 kw. Un Pylontech US5000 por ejemplo, tiene una potencia de 2.4 kW continuos, y hasta 5KW pico. Si alguna vez quiero obtener 10 kW de potencia de mi sistema de batería, necesitaré agregar una segunda batería.

¿Níquel-hierro, NIFE, Litio LFP, NMC, Sodio? Que elegir ?

Hace unos años, cuando hablábamos de almacenamiento de baterías, era seguro que te encontrabas en una situación de tipo sitio aislado (fuera de la red). Y con razón, el precio de las baterías de iones de litio en particular era de 4 a 6 veces mayor que el actual:

La tecnología dominante hace unos diez años seguía siendo la de plomo-ácido (OPZ, en particular, de la marca Victron Hoppecke). También existían baterías AGM o GEL, siempre en tecnología de plomo. La tecnología de plomo-ácido tenía desventajas (tamaño voluminoso, vida útil limitada, liberación de gases, intolerancia a los ciclos profundos, etc.) y requería un mantenimiento regular, que era complejo. Además, a pesar de su precio bastante bajo a primera vista, era necesario tener en cuenta la baja capacidad disponible porque la descarga máxima estaba limitada al 30%, para mantener una vida útil correcta.

Por lo tanto, el precio de las baterías de litio ha disminuido drásticamente, alcanzando los 139 dólares por kWh (artículo de Bloomberg.) 

Las dos principales tecnologías del litio son el níquel-manganeso-cobalto (NMC) y el litio-hierro-fosfato (LifePO). El TESVOLT HV por ejemplo utiliza celdas NMC Samsung SDI, mientras que las baterías para uso residencial como Pylontech o BYD utilizan LifePO exclusivamente.

Cabe señalar que cada batería tiene sus propias especificidades, pero LifePo prevalece en número de ciclos, estabilidad térmica y vida útil.

Batería LiFePO: inmejorable relación calidad-precio:

Las baterías solares basadas en la química LFP están libres de cobalto y metales estratégicos y, por lo tanto, son más virtuosas desde un punto de vista ecológico y C2G (“cradle to gate = ciclo de vida de la batería desde su extracción hasta su reciclaje).

Batería de níquel-hierro: prioridad a la durabilidad:

Existen otras tecnologías, como Batería de níquel-hierro que vendemos desde 2018, que combina robustez y resistencia incomparable para aplicaciones de “nicho” (especialmente sitios aislados). Se trata de baterías muy especiales, ciertamente voluminosas y que requieren mantenimiento, pero que tienen una vida útil casi ilimitada. Tampoco requieren un BMS, lo cual es una ventaja para quienes aprecian los diseños de “baja tecnología”.

También existe baterías de titanato de litio (LTO), que ofrecemos a través de la marca australiana Zenaji desde hace 3 años. Una tecnología de alto rendimiento, con un ciclismo increíble (20000 ciclos) pero a un precio prohibitivo.

Baterías de iones de sodio Finalmente, están empezando a llegar al mercado. Lo ofreceremos en 2024, en particular a través de nuestra asociación con BIWATT y su solución totalmente integrada. Estos últimos tienen ventajas únicas en términos de tolerancia a temperaturas extremas y la ausencia del uso de metales de alta criticidad (= en cantidad limitada). Sin embargo, su precio es actualmente similar o incluso ligeramente superior al de las baterías solares LIFEPO, y debemos tener una perspectiva del uso para estar seguros de que su vida útil es interesante en comparación con las baterías técnicamente maduras.

¡Compruebe atentamente las condiciones de garantía de la batería!

Leer los contratos de garantía de las baterías puede resultar tedioso. Estos son los puntos esenciales que debe comprender sobre cualquier sistema de almacenamiento de energía que esté considerando comprar.

Degradación de la batería (“EOL”), criterio principal para evaluar el número de ciclos disponibles. 

¿Cuál es la capacidad de la batería solar al final de su garantía? El 70% después de 10 años es un valor típico. Esta es la famosa “EOL”. Los fabricantes proporcionan gráficos que determinan el número de ciclos que puede realizar la batería antes de que su capacidad residual cruce el famoso umbral “EOL” (= fin de vida). Por ejemplo, con la batería solar TESVOLT, vemos que las baterías tienen garantizados 6500 ciclos al 100% de descarga, durante 10 años. En otras palabras, puedes ciclarlos 6500 veces al 100 % durante 10 años y no debes bajar del 70 % de capacidad residual al final de estos ciclos.

Otra forma de interpretarlo sería decir que en el uso estándar, una batería residencial realiza aproximadamente 280 ciclos por año en equivalente de “ciclo completo” (= 100% DOD). Esto se explica por la estacionalidad (de hecho, ¡en verano la batería se consumirá menos que en invierno!). Por lo tanto, un TESVOLT garantizado de 6500 ciclos le permitirá extraer 6500/280 = Aproximadamente 23 años de funcionamiento antes de una degradación importante.

¡La salud de tu batería solar, el SOH!

El otro concepto importante a recordar es el de SOH, que significa "estado de salud" de la batería, indica su capacidad residual. Un SOH del 98% indica que su EOL es

También es importante tener en cuenta que la calidad de fabricación de una celda de litio afectará su vida útil, es decir, su vida útil excluyendo el desgaste (ya sea que se use o no). En TESVOLT, por ejemplo, la degradación extrapolada es muy baja, alrededor del 70% después de 16 años de uso intensivo al 100% DOD. Esto lo confirma nuestra experiencia de campo, ya que una de nuestras instalaciones en un sitio aislado durante 4 años con un TESVOLT todavía demuestra un SOH (“estado de salud”) intacto.

Enfrente, la sustitución del SOH en uno de nuestros sistemas autónomos (Studer) con baterías, en servicio por 4 años. Esta es una batería TESVOLT TS48V con celdas Samsung SDI. La capacidad es siempre 100%, lo que indica una vida útil muy larga por venir.

¡Bastante alentador después de 4 años de servicio en un sitio aislado!

Enfrente, el SOH de una batería Pylontech, también en servicio desde hace 4 años. Vemos que el SOH es mucho menor, y que las baterías han perdido un 8% de capacidad. Por tanto, la degradación es mucho mayor.

En conclusión, es fundamental comprender plenamente las cuestiones relacionadas con la elección técnica que realiza para su batería solar. Esto tendrá un impacto en la seguridad, pero también en la rentabilidad y el buen funcionamiento de su proyecto a largo plazo. ¡No todas las baterías son iguales!