Principio de funcionamiento de los sistemas de almacenamiento de energía residencial

Un sistema de almacenamiento de energía residencial típicamente consta de tres componentes principales: un sistema de generación de energía fotovoltaica (FV), un subsistema de almacenamiento de energía y cargas eléctricas. El sistema FV convierte la energía solar en electricidad de corriente continua (CC). El subsistema de almacenamiento de energía incluye un banco de baterías y un inversor bidireccional, responsable de la conversión bidireccional entre CC y corriente alterna (CA), así como de la gestión de carga y descarga de baterías. Las cargas eléctricas son varios electrodomésticos que consumen la salida de energía de CA del sistema.

Durante el funcionamiento, la electricidad de CC generada por los paneles fotovoltaicos se convierte primero en CA por el inversor para alimentar los electrodomésticos, con la energía sobrante almacenada en el banco de baterías. Durante la noche o en períodos sin irradiación solar, el banco de baterías se descarga y la energía eléctrica se convierte en CA por el inversor para abastecer continuamente las cargas domésticas. En caso de déficit de energía, el sistema también puede comprar electricidad de la red eléctrica como energía suplementaria. Este sistema utiliza eficientemente la generación de energía solar, reduce las cargas máximas en la red, ahorra costos de electricidad y puede considerarse como una "microplanta de energía" integrada en el hogar.

Este sistema integrado, que combina la generación de energía solar, la gestión del almacenamiento de energía y la utilización inteligente de energía, es una dirección factible y prometedora para futuras aplicaciones energéticas residenciales.

Tecnologías de baterías para sistemas de almacenamiento de energía

El banco de baterías es el componente central de un sistema de almacenamiento de energía. Las principales tecnologías de baterías y sus principios de funcionamiento son los siguientes:

Baterías de iones de litio

Las baterías de iones de litio emplean óxido de metal de litio / óxido de metal de litio o óxido de metal de litio / materiales de carbono como materiales de electrodo positivo y negativo. Cuentan con alta densidad de energía, larga vida útil y sin efecto memoria, lo que las convierte en la opción óptima actual para aplicaciones residenciales de almacenamiento de energía. Las baterías de iones de litio también se utilizan ampliamente en vehículos eléctricos, computadoras portátiles y otras aplicaciones.

Baterías de plomo-ácido

Las baterías de plomo-ácido son un tipo de batería secundaria relativamente tradicional, que utiliza plomo y sus óxidos como materiales de electrodos positivos y negativos. Si bien la tecnología de la batería de plomo-ácido es relativamente madura y de bajo costo, tiene una densidad de energía relativamente baja, un ciclo de vida corto y requiere mantenimiento periódico y reabastecimiento de electrolitos. Las baterías de plomo-ácido se utilizan principalmente en sistemas de arranque y parada de automóviles, estaciones base de telecomunicaciones y fuentes de alimentación de respaldo de centros de datos.

Baterías de plomo-carbono

Las baterías de plomo-carbono incorporan materiales modificados con carbono en el electrodo positivo de las baterías de plomo-ácido tradicionales, lo que reduce las tasas de autodescarga durante el modo de espera y mejora el rendimiento de descarga de alta velocidad. Sin embargo, sus parámetros de rendimiento general son comparables a las baterías de plomo-ácido, y también sufren una vida útil corta y una gran huella.

Baterías de flujo Redox de vanadio

Todas las baterías de flujo redox de vanadio utilizan dos estados diferentes de oxidación de vanadio en soluciones de electrolitos líquidos como materiales activos positivos y negativos, con energía almacenada en los líquidos en lugar de los materiales de los electrodos. Sus ventajas clave incluyen una vida útil de ciclo largo (> 10.000 ciclos), capacidad de carga y descarga completa y respeto al medio ambiente, lo que los convierte en un candidato potencial para aplicaciones residenciales y de almacenamiento de energía a gran escala.

Baterías de sodio-azufre

Las baterías de sodio-azufre utilizan sodio fundido y azufre fundido como materiales de electrodos negativos y positivos, respectivamente, que funcionan a altas temperaturas de 300-350 ° C. Su excepcional rendimiento a altas temperaturas los hace adecuados para el almacenamiento de energía en regiones tropicales, pero sus inconvenientes, como la rápida autodescarga, la baja eficiencia del ciclo y las preocupaciones de seguridad, han limitado su despliegue a gran escala.

Baterías de estado sólido

Las baterías de estado sólido reemplazan a los electrolitos líquidos o de gel con inorgánicos sólidos o polímeros sólidos, ofreciendo mayor estabilidad térmica, seguridad y densidad de energía volumétrica. Se consideran una dirección futura para las baterías de alta densidad energética y actualmente se utilizan principalmente en fuentes de alimentación de dispositivos portátiles a microescala.

Aplicaciones y perspectivas de las tecnologías de almacenamiento de energía

Los sistemas de almacenamiento de energía son una tecnología clave para permitir la transición energética y aumentar la utilización de fuentes de energía renovables. Para las centrales eléctricas de energía renovable intermitente, como la solar y la eólica, la electricidad generada durante el día o los períodos ventosos no se puede consumir de inmediato, lo que requiere sistemas de almacenamiento de energía para almacenar el exceso de energía. Durante la noche o en períodos sin generación renovable, la energía almacenada se puede descargar para abastecer las cargas, equilibrando eficazmente el desajuste de distribución temporal y espacial de los recursos energéticos.

Aplicaciones Comerciales

En el sector comercial, las principales aplicaciones de los sistemas de almacenamiento de energía incluyen:

Afeitado de picos y relleno de valles:

Al cargar las baterías con electricidad de bajo costo durante los períodos de máxima demanda y descargar durante los períodos de máxima demanda, se puede lograr una gestión efectiva de los costos de electricidad.

Cambio de carga:

Al utilizar sistemas de almacenamiento de energía para satisfacer una parte de la demanda de carga, se puede reducir el impacto de las cargas máximas en la red, lo que permite una menor capacidad de electricidad contratada y ahorros básicos de costos de electricidad.

A medida que avanzan las tecnologías de almacenamiento de energía y bajan los precios de los sistemas de baterías, los sistemas de almacenamiento de energía a escala comercial se están volviendo gradualmente viables desde el punto de vista económico.

Aplicaciones Residenciales

En el sector residencial, los sistemas de almacenamiento de energía doméstica rentables hacen más posible la aplicación de energía solar fotovoltaica distribuida y otros sistemas de energía renovable. Tradicionalmente, un gran inconveniente de la generación de energía solar ha sido el desajuste entre la producción de energía diurna y la demanda de energía nocturna. Con la integración de los sistemas de almacenamiento de energía, la energía solar generada durante el día se puede almacenar de manera eficiente y la energía almacenada se puede utilizar para alimentar continuamente al hogar por la noche, lo que permite la utilización ininterrumpida de la generación de energía solar.

Aplicaciones prácticas

El objetivo último del desarrollo de la tecnología de almacenamiento de energía es proporcionar servicios de apoyo a los sistemas de red a gran escala. Con la ayuda del almacenamiento de energía a gran escala, la electricidad generada por fuentes renovables intermitentes como la eólica, solar, hidroeléctrica y mareomotriz, puede almacenarse y enviarse de manera eficiente como regulación de la energía a la red, reemplazando las centrales eléctricas tradicionales alimentadas con combustible fósil y promoviendo la transición limpia y baja en carbono de la industria energética. El desarrollo y la aplicación de tecnologías de almacenamiento de energía sentarán las bases para la utilización generalizada de fuentes de energía renovables y la eventual sustitución completa de los combustibles fósiles.