Aprenderás a maximizar la eficiencia energética y a elegir la batería perfecta para tu proyecto.
Hagamos un preámbulo y hablemos de manera general acerca de los acumuladores de energía
Los acumuladores eléctricos o baterías existen desde hace mucho tiempo, originalmente fueron inventados por Volta en 1800 y desde entonces hasta hoy han ido evolucionado hasta alcanzar el estado de desarrollo actual.
Fundamentalmente, una batería es una combinación de electrodos sumergidos o recubiertos de una sustancia electrolítica que permite un intercambio iónico para conducir la electricidad. La investigación sobre baterías o de forma genérica, acumuladores de electricidad, es hoy una de las más activas y continuamente se producen avances. Entre las muchas clasificaciones posibles, hay una básica, aquella que clasifica las baterías en no recargables o primarias y en recargables o secundarias, estas últimas son las que más han evolucionado y las que nos interesan en este trabajo. Como su nombre indica una batería recargable es un dispositivo que puede cargarse y descargarse un número de veces, que se denominan ciclos.
Los primeros sistemas recargables de uso comercial fueron los acumuladores de ácido plomo, mejorados con VLRA (valve regulated Iead-acid battery), batería de ácido plomo regulada por válvula. Posteriormente aparecieron otros sistemas como níquel cadmio (NiCa), níquel metal hidruro (NiMH) y nace pocos años las baterías de litio. Cada una de ellas tiene ventajas e inconvenientes, aunque para el campo de los dispositivos portátiles se ha impuesto la batería de litio en sus diversas variantes.
Por lo tanto, las baterías de Litio son las que se han desarrollado más recientemente. Han sido fabricadas por grandes empresas internacionales como Panasonic, LG, BYD, Victron o Tesla.
Son baterías de iones de Litio que utiliza FePO4 como material catódico. Tienen menor densidad energética que las baterías de litio más comunes de LiCoO2 que son las más usadas en aparatos electrónicos, pero como contrapartida son más seguras, tienen más potencia y mayor durabilidad por lo que se utilizan en vehículos eléctricos, robótica o almacenamiento de energía. Son las más respetuosas con el medio ambiente.
Las baterías de litio-ferrofosfato LFP soportan descargas más profundas que las baterías de plomo ácido (AGM o GEL). Este tipo de baterías almacenan más energía en menor espacio, además entregan el 95% de energía en comparación con las baterías convencionales
Estas baterías son recargables y mantienen toda su potencia hasta el momento de la descarga, al contrario de otro tipo de baterías que fluctúan según se les agota la energía.
Entremos en materia…
Las baterías para uso en energía solar fotovoltaica
En los sistemas fotovoltaicos, se ha usado principalmente las baterías de ácido plomo, era la tecnología más barata disponible y aunque tenían y tienen varios inconvenientes su uso aún está bastante extendido. En los últimos años debido al gran desarrollo de las baterías de litio y su instalación masiva en automoción, también se han popularizado en los sistemas fotovoltaicos. Las ventajas de estas últimas son muy claras frente al ácido plomo, siendo el precio a corto plazo el único inconveniente que hoy evitó su utilización masiva para sistemas fotovoltaicos.
Concretamente los fabricantes se están centrando en el desarrollo y comercialización de las baterías de fosfato de hierro y litio (LiFePO4 o LFP). Por ser el tipo de batería de litio más segura y estable.
Ventajas e inconvenientes de las baterías de ácido plomo frente a las de iones de Litio.
Las baterías de ácido plomo en su variante VLRA son el tipo de acumulador más usado en instalaciones solares. Para poder comparar ambos sistemas nos vamos a fijar en cinco aspectos
a) Eficiencia
b) Ciclo de vida
c) Carga y descarga
d) Coste
e) Densidad de almacenamiento
a) Eficiencia
La eficiencia de una batería se define como la relación entre la energía de descarga y la energía de carga, esta eficiencia depende de factores como la temperatura, la corriente de carga y descarga, denominada c-rate. En las baterías de litio esta eficiencia es mucho mayor que en las de ácido plomo en sus variantes.
En el grafico observamos una comparación de eficiencia entre baterías VRLA, LFP, LTO y podemos ver como las baterías de ácido son las menos eficientes, entre un 75% y un 80% y las de litio, en sus dos versiones litio ferrofosfato (LiFePO4 o LFP) y litio óxido de titanio (LTO) son las más eficientes, llegando en algunos casos al 96%.
b) Ciclo de vida
El ciclo de vida de las baterías se define como el número de ciclos de carga y descarga que puede realizar una batería antes de que su capacidad caiga por debajo del 80% de su valor inicial, a su vez esto está relacionado con la profundidad de la descarga, DoD, Deep of Discharge. Las baterías de plomo para uso solar tienen DOD de 30% a 50% a temperatura ambiente, las LFP tienen eficiencias del 80% al 95%.
El ciclo de vida de una batería es un factor muy importante, pues representa la duración del sistema.
La duración de las baterías no se mide por años, si no por los ciclos de carga y descarga a las que se les somete y la corriente que se usa en cada ciclo, el C-rate.
Si tenemos en cuenta además que en una instalación solar el coste de las baterías puede llegar a ser muy importante, el ciclo de vida es un factor a tener en cuenta. Las baterías de ácido plomo y su variante VLRA tienen una estimación de entre 500 a 1500 ciclos de vida dependiendo de las condiciones de uso y en especial la temperatura. En cambio, las baterías de Litio ferrofosfato pueden llegar fácilmente a los 4000 ciclos.
c) Carga y descarga
La forma en que se carga y descarga una batería, el c-rate y el número de veces que se hace como se comentó, en el apartado anterior, es un factor clave en la vida de la batería. En el caso de las baterías de ácido plomo los métodos habituales de carga son el de corriente constante y el de tensión constante, que en las baterías de ácido plomo generan gases que es necesario evacuar. Otros métodos se han usado también, pero bien su eficiencia o complejidad no han facilitado que se popularicen.
En el caso de las baterías de LFP estos métodos de carga no generan gases y son menos sensibles a las corrientes de descarga, además de poder ser cargadas a corrientes elevadas, para aumentar la velocidad de carga
d) Coste
Esta variable se inclina a favor de las baterías de ácido por el momento, pues el coste por kWh es de entre 60 a 250 USD/kWh, mientras que el coste de una LFP es de 300 a 500 USD/kWh, aunque con la mejora de los procesos de producción el precio de estas últimas está cayendo año tras año.
e) Densidad de almacenamiento
Por último, veremos la comparativa entre la densidad de almacenamiento de los dos tipos de baterías tratadas en el blog.
Se define la densidad de almacenamiento como la relación entre la potencia de la batería y el peso de esta.
Este factor es uno de que han hecho decantar el uso de estas baterías en la industria de la automoción y el aeroespacial, pues mientras que las baterías de plomo ácido su densidad de almacenamiento es de entre 150 W/kg a 200 W/Kg en las LFP es 300 W/Kg a 1800 W/Kg
Finalmente, a modo de conclusión…
Las baterías de LFP, como elemento de almacenamiento de energía eléctrica para aplicaciones solares son la mejor inversión en comparación con el resto de tecnologías existentes actualmente:
- LFP aportan 2.000 – 8.000 ciclos de carga – descarga (95% de descarga), frente al plomo que aportan hasta 250-1.200 ciclos (50% de descarga).
- Salvo diferencias substanciales, la mitad de una batería de LiFePO4 equivale a una unidad de plomo-acido.
- LFP puede ser descargada a mayor profundidad de descarga, hasta el 95% (siendo posible al 100%), y no necesita ser cargada hasta el 100% de su carga como ocurre con el plomo ácido.
- LFP posee una eficiencia de carga/descarga del 95-98%, frente al 50-75% del plomo ácido.
- La mitad de capacidad en LFP tiene un comportamiento superior respecto a una unidad del plomo ácido, debido a su capacidad para ser descargada más profundamente, a su capacidad para permanecer descargada sin tener efectos sobre su vida útil o ciclos, y a su superior eficiencia en la carga/descarga. Si tenemos en cuenta que el LFP aproximadamente tiene el doble de coste inicial que el plomo ácido para la misma capacidad, debido a lo anterior, la inversión inicial será la misma, ya que LiFePO4=2xplomo ácido.
- La esperanza de vida del LiFePO4 es mayor a 10 años, frente a la vida típica de 3 a 4 años del plomo ácido.
- LiFePO4 puede ser instalado en interiores sin necesidad de ventilación ya que no desprende hidrógeno inflamable como ocurre con el plomo ácido.
- Para una misma capacidad, el LFP es mucho más pequeño y ligero que el plomo ácido.
- Las baterías de LFP están libres de mantenimiento.
En STEHEN, contamos con una amplia variedad de baterías de litio LiFePO4 en stock, listas para llevar tu sistema solar al siguiente nivel. Si deseas obtener más información o adquirir nuestras baterías, no dudes en comunicarte con nosotros.
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