Los sistemas de almacenamiento de energía son cada vez más populares en aplicaciones residenciales, comerciales y de servicios públicos. Por sí solos, o junto con los sistemas fotovoltaicos (y/u otras fuentes de energía distribuida), el almacenamiento de energía tiene muchos usos, como complementar la generación renovable, proporcionar energía de reserva y ahorrar en la factura eléctrica, e incluso ayudar a estabilizar y mantener la red eléctrica pública.

Esta lección describe las tecnologías y tipos más comunes de almacenamiento de energía, centrándose en el almacenamiento electroquímico, que es la categoría a la que pertenecen las baterías. El objetivo es comprender la terminología que se aplica a los sistemas basados en baterías, las principales características eléctricas del almacenamiento y los principales tipos de baterías utilizados en la industria.

Esta lección presenta el detalle de las posibles configuraciones de sistemas FV basados en baterías, ya sean estos aislados, multimodo o  micro-redes.

Se estudiarán todos los componentes que conforman los sistemas, los flujos de potencia y energía, las configuraciones y las aplicaciones típicas para cada tipo de sistema FV basado en baterías, así como sus ventajas, desventajas, alcances y limitaciones.

Hay muchos tipos de baterías y químicas muy diversas que se utilizan para almacenar energía, ya sea en combinación con sistemas de energías renovables o por sí solas. Algunas, como las de ácido-plomo, son tecnologías maduras que han proporcionado un almacenamiento fiable a muchos sistemas. Otras, como las químicas de ion-litio, son relativamente nuevas que ya han demostrado su utilidad, están aumentando su cuota de mercado y dominan en algunas aplicaciones.

¿Qué tipo de batería es la adecuada para una instalación determinada? Para responder a esa pregunta hay que comprender las características de cada batería y los diversos parámetros que pueden utilizarse para comparar las distintas opciones, desde el costo (¡por supuesto!), la vida útil y los valores eléctricos, hasta las limitaciones de temperatura, los requisitos de mantenimiento e incluso consideraciones sobre el final de la vida útil.

Las baterías de ácido-plomo son una tecnología madura y fiable y han proporcionado almacenamiento a innumerables sistemas de energías renovables. Durante muchos años fueron la elección clara entre otras pocas opciones. Aunque han perdido cuota de mercado a favor de tecnologías más nuevas y populares, como las químicas de ion-litio, siguen siendo una gran opción para muchas aplicaciones.

Algunas instalaciones pueden ser más adecuadas para baterías inundadas o selladas, y hay disponibles muchas capacidades y valores de tensión diferentes de baterías de ácido-plomo para necesidades de almacenamiento de cualquier tamaño. Las baterías inundadas y selladas comparten muchas de las consideraciones relativas a la profundidad de descarga, la duración del ciclo y los efectos de la temperatura, y las baterías inundadas requieren un mantenimiento regular. Esta lección presentará los conceptos fundamentales de esta tecnología.

Conectadas o no con energía fotovoltaica, las baterías de ion-litio se han convertido en la tecnología de almacenamiento predominante en el mercado. Esta lección presenta los conceptos fundamentales de esta tecnología, incluidos los distintos tipos de baterías de litio, su construcción básica, sus características eléctricas y en qué se diferencian unas de otras. También se tratan la importancia y la función de los sistemas de gestión de baterías, la tensión y el estado de carga, los efectos de la temperatura y algunos de los requisitos de instalación y mantenimiento de los sistemas de baterías ion-litio.

El paso más crítico para el dimensionamiento del sistema es analizar las cargas eléctricas, aplicar eficiencia energética y estimar el consumo de todas las cargas que serán alimentadas por un sistema FV basado en baterías.

Si las cargas se subestiman, el rendimiento del sistema completo se verá afectado; si se sobreestiman, el costo del sistema se inflará innecesariamente. Esta lección describe las mejores estrategias para llevar a cabo un análisis de cargas exhaustivo. Además, le dará una mirada a tácticas de ahorro y eficiencia energética fáciles de adoptar y aplicar.

Como parte importante del análisis de cargas, se estudia qué es el factor de potencia, qué tipos de cargas pueden tener factor de potencia bajo, y cómo afectará esto al diseño de sistemas FV basados en baterías. Se estudia como cuantificar la potencia adicional que debe brindar el sistema, y qué consideraciones de diseño serán relevantes ante cargas con factor de potencia bajo. Lo mismo se estudiará para cargas con picos de consumo al arranque, y sus requerimientos adicionales de potencia.

Por último, el recurso solar debe ser cuantificado con base en las características y la ubicación de la instalación, con el fin de estimar con precisión el tamaño requerido del sistema. Elegir el valor de Horas Sol Pico a utilizar para el diseño de sistemas FV basados en baterías difiere de la elección para sistemas conectados a la red; en esta lección se analizan los criterios de elección, se comparan diferentes opciones, y se expande el razonamiento del diseñador para la toma de decisiones.

En esta lección se estudiará cómo configurar correctamente un banco de baterías para lograr alcanzar la tensión y la capacidad requerida por el sistema. Diseñar bancos de baterías correctamente requiere comprender a profundidad los conceptos de serie y paralelo aplicados a baterías. Además se le brinda al estudiante conocimientos sobre el proceso de análisis para la toma de decisiones durante el proceso de diseño, para asegurar la salud de las baterías. Aprenderá los conceptos básicos sobre controladores de carga con capacidad de reducción de tensión y con rastreo del punto de máxima potencia.

Para el dimensionamiento del banco de baterías se deben considerar la temperatura de operación, la tasa de recarga, los días de autonomía y la profundidad máxima de descarga deseada. El diseño y la configuración de un banco de baterías requiere una comprensión sólida de los conceptos fundamentales de corriente, tensión, potencia, energía y capacidad de almacenamiento de un sistema. Todo esto y más se cubrirá en esta lección.

El proceso de recarga de baterías dede ser regulado para asegurar que las baterías no se sobrecarguen, y que potencialmente se dañen. La recarga en CC (por un sistema FV o eólico) se regula con un controlador de carga, y la recarga en CA (por un generador, por la red de servicio o un inversor interactivo) se regula con un inversor/cargador basado en baterías. En esta lección se exponen las diferentes características, opciones y capacidades disponibles, incluyendo las opciones de medición y monitoreo del proceso en sí.

Dimensionar el arreglo FV en sistemas basados en baterías tiene particularidades y depende de factores distintos que los utilizados para dimensionar sistemas interactivos directos. En esta lección aprenderá los fundamentos para definir el tamaño del arreglo FV adecuado para sistemas basados en baterías simples (integrados con un controlador de carga sin MPPT ni reducción de tensión).

Los sistemas FV aislados en los que el arreglo FV es la única fuente de energía, tienen sus limitaciones y desventajas. Integrar un generador en sistemas FV aislados puede ser vital para diseñar un sistema que mantenga las baterías saludables, que sea factible y viable económicamente, y que sea capaz de operar cargas que, sin el generador, serían muy costosas de operar. En esta lección aprenderá los factores clave a considerar cuando vaya a elegir un generador que complemente su sistema FV basado en baterías, así como las ventajas de integrarlo en su diseño.

Existe una amplia variedad de inversores basados en baterías disponibles en el mercado, desde modelos pequeños y económicos hasta unidades de varios kilovatios que pueden utilizarse en conjunto para producir diferentes tensiones de salida CA y rangos de potencia más altos.

Esta lección cubre criterios para la selección del inversor más apropiado con base en aplicaciones especificas, teniendo en cuenta la confiabilidad, la eficiencia y las especificaciones eléctricas de entrada y salida. Además, se estudiarán hojas de especificaciones de diferentes fabricantes para ayudar a descifrar la terminología utilizada comúnmente cuando se refiere a inversores basados en baterías.

Los sistemas basados en baterías, por su naturaleza y diseño, usualmente son mucho más complicados que los sistemas interactivos directos. Integrar todos los componentes de forma segura, realizar la programación y la parametrización, y utilizar los medios de desconexión adecuados, es crítico para la operación del sistema.

Esta lección ofrece un panorama de las mejores prácticas para la instalación de un sistema basado en baterías, cómo aplicar la terminología de puesta a tierra y de medios de desconexión para estos tipos de sistemas, la practicidad del uso de interruptores automáticos en lugar de fusibles, la caída de tensión y las consideraciones a tener en cuenta para la disposición de los componentes.

La seguridad es un aspecto crítico cuando se realizan trabajos de construcción eléctrica y aún más cuando están presentes múltiples fuentes de energía. Los procedimientos de puesta en marcha y de paros de servicio del sistema deben seguirse cuidadosamente para asegurar la operación apropiada del sistema y garantizar un ambiente de trabajo seguro.

Esta lección describe un procedimiento de puesta en marcha paso a paso para sistemas basados en baterías, y propone pasos generales a seguir en caso de un paro de servicio.