Soluciones de almacenamiento en litio para instalaciones fotovoltaicas

La energía solar fotovoltaica ha demostrado ser una de las fuentes de energía más sostenibles por tratarse de un recurso natural disponible en todo el planeta. Además, los costes de instalación y explotación de las instalaciones son competitivos y resulta fácil tanto la puesta en marcha como la ampliación de los sistemas. Gracias a la investigación e innovación, cada vez más se abaratan los costes de producción de los sistemas fotovoltaicos, con lo que se convierten en económicamente más viables y competitivos ante cualquier otra fuente de energía. Este hecho, hace que la previsión de crecimiento de esta tecnología sea del 60 % respecto del total de tecnologías para el horizonte de los próximos 5 años.

Crecimiento previsto de las distintas fuentes de energía renovable en los próximos 5 años. Fuente IEA.

Al igual que sucede con la mayoría de las fuentes de energía renovable, el recurso solar es una fuente no gestionable, y por ello, es preciso incorporar dispositivos que permitan poder regular la entrega de energía cuando se necesite. De ahí, la importancia de los sistemas de acumulación para instalaciones fotovoltaicas.

Hasta hace una década, las baterías de plomo estaban presentes en su gran mayoría como soluciones generales de almacenamiento de energía en sistemas fotovoltaicos desconectados de la red o como fuentes de alimentación ininterrumpida (UPS) en sistemas conectados a la red. Son sistemas que requieren de un mantenimiento periódico, ya que hay que revisar el nivel del electrolito (excepto en las baterías de plomo GEL o AGM, cuyo electrolito no está en estado líquido). Además, no son modulares, ya que la ampliación del sistema siempre viene determinada por la capacidad (Ah) instalada y, por último, requieren de ventilación en el lugar de instalación, ya que durante el funcionamiento se emiten gases nocivos y peligrosos.

Desde el crecimiento del uso de la tecnología del litio, las baterías de plomo han sido desplazadas.

La siguiente figura muestra la penetración de cada tecnología de acumulación respecto el total desde el año 2011 hasta el 2016.

Figura 2. Evolución de la implantación de cada tecnología de acumulación. Fuente IEA.

Teniendo en cuenta la evolución actual de los vehículos eléctricos, y que cada vez se diseñan acumuladores de litio más compactos y de mayor densidad energética, las baterías de litio para aplicaciones fotovoltaicas son ya la solución más rentable y con mayores prestaciones que existe en el mercado, tanto para instalaciones offgrid como para las ongrid.

El litio ofrece numerosas ventajas frente al plomo, como pueden ser:

• Mayor número de ciclos de vida útil.
• Facilidad de ampliación gracias a su modularidad.
• Mayor ratio de descarga y carga por kWh. Cargas más rápidas.
• SOC (estado de carga) y SOH (estado de salud) más fiable.
• Mayor control del estado general de la batería al estar conectada al inversor fotovoltaico y poder monitorizar todos los parámetros de funcionamiento relevantes.
• Sin mantenimiento.
• Sin necesidad de ventilación.
• Coste kWh total menor al de la batería de plomo.
• Tecnología más compacta con menor uso de espacio.
• Menor peso por kWh.

 Variedad para escoger

Dentro de la oferta de fabricantes de baterías de litio para instalaciones de energía fotovoltaica, podemos destacar a firmas punteras como Axistorage, BYD y LG Chem, entre otras.

Dentro de cada firma, se puede encontrar modelos para los inversores de 48 VCC y modelos de tensión más elevada (150-600 V) denominados comúnmente modelos de alta tensión. Todos ellos de corriente continua (CC).

Recientemente, BYD ha sacado al mercado la nueva gama de baterías Premium. En ella, se diferencian cuatro variantes, LVL, LVS, HVS y HVM, siendo las dos primeras modelos a 48 V y las dos últimas para alta tensión. Todas ellas cuentan con la tecnología Litio fosfato de hierro (LFP).

Las baterías LVS empiezan con una capacidad de 3,84 kWh por módulo de batería, llegando a poner en un mismo rack 6 unidades que permiten llegar hasta los 23 kWh. Además, se permite llegar hasta los 246 kWh en total, instalando más de un rack en paralelo (hasta 64 módulos). Por su tamaño y prestaciones, son ideales para sistemas de autoconsumo de energía solar conectados a red o para instalaciones fotovoltaicas aisladas.

El hermano mayor de la gama LV es el LVL, con una capacidad nominal de 15.36 kWh. En este caso, se pueden llegar a colocar hasta 64 unidades en paralelo, con lo que es posible alcanzar los 983 kWh de almacenamiento total, cifra que puede cubrir casi cualquier solución fotovoltaica de almacenamiento a nivel residencial, comercial e industrial.

Ambas variantes, trabajan a 51.2 V de tensión nominal y permiten cargas y descargas a un ritmo de 1C dentro del rango de temperaturas de funcionamiento (5 – 50 grados centígrados) Entre -10 y 5 grados, se produce una limitación de la potencia de carga debido a que las bajas temperaturas dificultan la propia reacción química en la batería. Eléctricamente, al ampliar los sistemas y estar conectados los módulos en paralelo, la tensión del sistema se mantiene y lo que sucede es que la corriente que se puede obtener del conjunto va aumentando.

Estos modelos son los idóneos para instalaciones fotovoltaicas aisladas ya que los fabricantes de inversores solares para dichos sistemas como SMA y Victron, configuran sus soluciones para que el sistema trabaje a 48 VCC. También pueden instalarse para sistemas de autoconsumo conectados a red en los que se necesite una capacidad elevada o simplemente el inversor trabaje a 48 VCC.

A la izq. el modelo LVL y a la dcha. el LVS. Fuente: EFT Systems

En cuanto a los modelos de alta tensión, la variante HVS es la gama enfocada al sector residencial donde el módulo de batería tiene una capacidad de 2,56 kWh y los modelos utilizables empiezan desde dos módulos en serie con 5,12 kWh de acumulación y tensión de 204 VCC hasta los 5 módulos en serie, donde se obtiene una capacidad de 12,8 kWh con una tensión nominal de 512 VCC. En esta variante, se puede llegar a poner tres armarios de baterías de 12,8 kWh en paralelo, por lo que se alcanza la cifra total de 38,4 kWh de acumulación.

La otra variante, HVM está más enfocada al sector comercial o industrial, aunque también se puede usar perfectamente para el sector residencial. El módulo de batería tiene una capacidad de 2,76 kWh y la mínima configuración para que el sistema tenga una tensión suficiente para trabajar junto con el inversor es de tres módulos en serie, teniendo una capacidad mínima de 8,28 kWh junto con una tensión de 153 VCC nominales. En un mismo rack se puede llegar a 8 módulos en serie donde se obtiene 22 kWh con una tensión nominal de 409 VCC. Al igual que el anterior modelo, también se puede disponer de hasta tres racks en paralelo de 22 kWh, lo que alcanza la cifra de 66 kWh de acumulación máxima posible.

Como novedad, cabe destacar que ambos modelos permiten el funcionamiento en modo de emergencia (backup) o incluso en modo permanente aislado de la red pública (offgrid).

Hay que tener en cuenta que para cualquier disposición en paralelo de la variante HVS o HVM, el número de módulos por rack ha de ser el mismo en cada uno de ellos, para que la tensión de trabajo no se modifique.

Cada variante dispone de una corriente máxima que viene definida por la sección interna y los propios contactos entre módulos y, según se va ampliando módulos en serie, la tensión del sistema aumenta también, por lo que en esta solución el sistema no mantiene siempre la tensión como sucedía en los modelos LVS y LVL.

El rango de temperatura operativa es el mismo que para los otros modelos (de -10 a +50 grados), encontrándose la potencia de carga limitada entre -10 y +5 grados. Estos modelos son idóneos para los nuevos inversores fotovoltaicos híbridos como Fronius Primo y Symo GEN24, Kostal Piko MP plus y Plenticore, SMA Sunny Boy Storage y Solaredge Storedge Hybrid.

Aspecto de los modelos HVS y HVM. Fuente: EFT Systems

Todas las variantes son aptas tanto para inversores monofásicos como trifásicos e incluyen un LED de estado, aspecto que se echaba de menos en la generación anterior. También es reseñable una mayor facilidad de la puesta en marcha gracias al uso de la aplicación móvil “Be Connect” para toda la gama de baterías. En el siguiente enlace se puede encontrar toda la información específica según cada variante: https://www.eft-systems.de/en/downloads

Otro de los fabricantes destacados en acumulación de energía solar es Axistorage, donde encontramos el modelo Axistorage LI 10S de bajo voltaje y la Axistorage LI SH de alto voltaje.

La variante de bajo voltaje LI 10S se trata de un único módulo de 10 kWh en total y 8 kWh útiles, con una tensión nominal de 54 V, pudiendo llegar a instalar hasta 12 unidades en paralelo y consiguiendo una capacidad total de 120 kWh. Se puede utilizar tanto para instalaciones de autoconsumo como instalaciones aisladas y es compatible con la firma de inversores fotovoltaicos SMA y Victron.

Aspecto del modelo Axistorage LI 10S. Fuente: Axitec Solar

En cuanto a la variante de alto voltaje LI SH, está formada por módulos de 3 kWh en los que encontramos el rack de menor capacidad formado por tres módulos en serie con una capacidad de 9 kWh en total y una tensión de 155 VCC hasta el modelo superior de 6 módulos en serie con una capacidad total 18 kWh y una tensión de trabajo de 310 VCC.

Aspecto del modelo Axistorage LI SH. Fuente: Axitec Solar

Este modelo es compatible con los inversores híbridos para autoconsumo Kostal Plenticore (desde cuatro módulos) y SMA Sunny Boy Storage (desde tres módulos). En el siguiente enlace se puede encontrar toda la información del producto: https://www.axitecsolar.com/es/axistorage.html

Por último, el fabricante LG dispone de los modelos de baterías de litio LG RESU y RESU H. La primera variante son acumuladores de 48 VCC mientras que los modelos RESU H son de alta tensión.

Dentro de la gama RESU, encontramos 4 modelos: RESU 3.3, RESU 6.6, RESU 10 y RESU 13. Son modelos a 51.8 VCC de tensión nominal y su capacidad total se corresponde con su nomenclatura. Son acumuladores pensados únicamente para instalaciones de autoconsumo monofásico compatibles con fabricantes como Goodwe, SMA, Solaredge y Victron, entre otros.

No se pueden utilizar en instalaciones trifásicas, aunque sean de autoconsumo, y tampoco en ninguna modalidad de backup (excepto el modelo de 13) ni en instalaciones aisladas. El fabricante recomienda que la carga y descarga sea como máximo a 0,3 C para obtener el mejor rendimiento y vida útil, valor suficiente para una instalación de autoconsumo fotovoltaico.

La capacidad de la batería se puede ampliar, añadiendo como máximo dos unidades del mismo modelo en la misma instalación junto con el accesorio Resu Plus Extension kit.

En cuanto a la variante de alta tensión RESU H, dispone de dos modelos de 7 y 10 kWh. A su vez, cada modelo dispone de dos variantes diferentes tipo C y tipo R. La variante tipo C es compatible únicamente con el fabricante SMA, mientras que el tipo R es compatible con Fronius y Solaredge, entre otros.

La capacidad útil de cada modelo es de 6,6 y 9,3 kWh respectivamente, por lo que el sistema queda limitado a una única batería, sin posibilidad de ampliación. Al igual que la variante RESU, no se pueden utilizar en modo backup ni en instalaciones aisladas, pero estos sí se pueden conectar a un inversor híbrido trifásico.

Aspecto de los modelos RESU (izq.) y RESU H (dcha.). Fuente: LG

En el siguiente enlace se puede acceder a toda la información técnica de las mismas: https://www.lgessbattery.com/eu/home-battery/product-info.lg

Soluciones para todos los segmentos

Gracias a la actual oferta de soluciones de cada fabricante, se puede llevar a cabo cualquier tipo de instalación fotovoltaica de acumulación, entregando electricidad en los lugares donde no llega la red eléctrica, aumentando la cuota de autoconsumo en las instalaciones conectadas a red y ayudando a tener una curva de consumo lo más estable posible.