5 ago, 2022

Baterías para placas solares: funcionamiento y panorama actual

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Las baterías para placas solares son uno de los distintos sistemas de almacenamiento de energía. Para entender cómo funcionan las baterías y su importancia para las placas solares, es importante comprender qué está pasando y por qué es tan relevante el sector del almacenamiento energético para el mundo hoy en día.

En este artículo se hablará del panorama actual de las baterías para placas solares y su funcionamiento, no sin antes describir el contexto global en el que se está desarrollando este tipo de tecnología.  

 

Importancia de las baterías para las fuentes renovables 

Nos encontramos en una de las transiciones energéticas más importantes para el futuro: el cambio de fuentes fósiles a fuentes renovables de energía. 

Las energías renovables, como la solar y la eólica, tienen cada vez más presencia en el mix energético global, y necesitan refuerzo para llevarnos a la independencia total de los combustibles fósiles. 

Las fuentes renovables necesitan aliados como el almacenamiento para hacer frente a la creciente demanda de electricidad y poder entregar energía limpia sin importar la hora del día o la cantidad de sol disponible en determinada ubicación.

El almacenamiento, además de incentivar la eficiencia energética y hacer frente a cortes en el suministro eléctrico, permite una integración más orgánica de fuentes sin emisiones al mix energético y facilita su adhesión al sistema eléctrico en general.importancia-de-las-baterias-para-las-fuentes-renovables

Según la Agencia Internacional de Energía, si llegamos a tener una producción energética con cero emisiones, los sistemas de almacenamiento serán nuestro principal aliado para fomentar la flexibilidad en los sistemas eléctricos mundiales; esto es, tener la capacidad de suministrar flujos de energía constante a pesar de variaciones en la generación o el consumo en la red.

Por ende, las baterías para placas solares, no solo son clave para la descarbonización del mix energético, sino también para incentivar la flexibilidad en los sistemas eléctricos y alcanzar la eficiencia energética con dichas fuentes renovables.

Conforme al último reporte del Banco Interamericano de Desarrollo, la introducción de baterías en centrales solares ubicadas en zonas eléctricamente aisladas ha permitido disminuir notablemente la necesidad de usar generadores diésel, teniendo como resultado el aumentando de la eficiencia en los sistemas eléctricos, reduciendo los costos de operación y logística del suministro de combustible y mitigando emisiones de CO2 y otros gases contaminantes en el ambiente.

Las baterías tienen un papel relevante para las placas solares, y las fuentes renovables en general, gracias a que pueden actuar como una carga o una fuente de energía de manera alterna, equilibrando las variaciones tanto de la generación como de la demanda, y por lo mismo, evitando desperdicios cuando la oferta energética sobrepasa la demanda y agregando eficiencia y estabilidad al sistema eléctrico en conjunto.

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Panorama actual del almacenamiento energético

Existen diferentes formas de almacenar energía y, por lo mismo, existen diversas clasificaciones para los sistemas de almacenamiento. 

Los sistemas de almacenamiento energético se pueden clasificar dependiendo de diferentes aspectos: cómo se transforma la energía, cómo se resguarda y la capacidad que se tiene para acumularla.panorama-actual-del-almacenamiento-energetico

En cuanto a la capacidad de acumulación, muy relacionado con el consumo de energía, existen tres clasificaciones: Gigawatts, Megawatts y kilowatts. Un ejemplo de dónde podemos encontrar la primera clasificación, gigawatts (GW), son los parques solares. 

En cuanto al almacenamiento en megawatts (MW), lo podemos encontrar comúnmente en el sector industrial, por ejemplo, en una fábrica que tiene paneles solares para optimizar su consumo energético y utiliza el almacenamiento en baterías como complemento. 

La clasificación en kilowatts la podemos encontrar a nivel residencial, en un edificio de departamentos, por ejemplo. 

En cuanto a la tecnología de cómo se da el almacenamiento mismo, existen los sistemas de almacenamiento mecánicos, térmicos, químicos o electrostáticos. Un ejemplo de los sistemas de almacenamiento mecánicos son las centrales hidroeléctricas de bombeo, que usualmente trabajan en escalas de Gigawatts (GW).

Por dar un ejemplo, de acuerdo con la Asociación Internacional de Energía Hidroeléctrica (IHA, por sus siglas en inglés), hoy en día se almacenan cerca de 9 mil Gigawatts-hora (GWh) a nivel mundial con este tipo de sistemas.

Otro tipo de almacenamiento mecánico, que también puede llegar a escalas de GW, es el almacenamiento con aire comprimido, donde se cuenta con un motor reversible que, durante los momentos de exceso de energía, almacena aire a altas presiones en cubículos bajo tierra. 

No olvidemos los sistemas de almacenamiento térmicos; un ejemplo son las centrales termosolares de sales fundidas, que permiten aprovechar el calor y acumularlo en sales, sosteniendo altas temperaturas para después usar este calor para generar vapor haciendo girar turbinas.

Baterías para placas solares

Las baterías para placas solares o Sistemas de Almacenamiento de Energía en Baterías (BESS, por sus siglas en inglés), comúnmente trabajan en escalas de MW y se componen de baterías electroquímicas de ion litio.

Se llaman sistemas porque se componen de un conjunto de baterías que almacenan la energía a través de un elemento químico, el litio.

Por no requerir mucho mantenimiento regular y tener una mayor densidad de energía (poder almacenar más energía en un espacio más reducido), actualmente los sistemas de almacenamiento en baterías son los más usados para la acumulación energética. 

Es importante mencionar que existen diferentes tipos de baterías de almacenamiento: baterías de plomo-ácido, baterías de ion de litio y baterías de níquel-cadmio. 

No obstante, las baterías de ion litio siguen siendo las más utilizadas debido a las diversas ventajas que tienen; como su versatilidad, rapidez de respuesta (milisegundos), madurez de la tecnología, facilidad de instalación y capacidad de almacenamiento. baterias-para-placas-solares

El costo es otro factor que ha influido de manera importante para que este tipo de baterías sigan estando a la cabeza en el mercado. 

De acuerdo con la encuesta anual de precios de baterías de Bloomberg New Energy Finance (BloombergNEF) del 2021, los costos de las baterías para placas solares de ion litio han caído un 89% en un periodo de diez años, pasando de costar poco más de mil dólares por kilowatt-hora (kWh) en 2010, a costar solo 132 dólares por kWh en 2021.

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Panorama actual de las baterías de litio para placas solares

En la industria de las energías renovables, incluida la fotovoltaica, se ha visto en las baterías de ion litio el elemento que faltaba para complementar su optimización y alcanzar la eficiencia energética. 

El litio es uno de los elementos químicos más pequeños de la tabla periódica, lo que significa que cuenta con un elevado potencial electroquímico y tiene la capacidad de almacenar grandes cantidades de energía en un espacio no tan invasivo.

Además, de acuerdo con la encuesta anual antes mencionada, debido al incremento en demanda y al avance en la tecnología, el costo total de las baterías de ion litio se reducirá drásticamente en los años por venir; inclusive más que el 85% registrado entre 2010 y 2018.

La demanda de dichas baterías tiene dos mercados principales para los próximos años: el almacenamiento estacionario (usualmente para complementar fuentes de energía renovable) y los carros eléctricos, con una producción estimada creciente. 

Por lo mismo, según BNEF, se calcula que los costos por kWh (kilowatts-hora) de esta tecnología sigan bajando por lo menos a la mitad para 2030; teniendo como consecuencia  un incremento de su demanda en los sectores de almacenamiento estacionario y la industria eléctrica automotriz hasta llegar por arriba de los 4 mil GWh para 2040.panorama-actual-de-las-baterias-de-litio-para-placas-solares

Si estas predicciones son correctas, se estima que la producción de baterías de ion litio incremente proporcionalmente a nivel global, llegando a alcanzar un total acumulado de 345 GW y 999 GWh (Gigawatts-hora) para 2030.

Para poner estos números en contexto, según el reporte de BNEF, lo que se alcanzaría en menos de diez años en almacenamiento es más de veinte veces mayor que lo que se tiene hoy en día: 17 GW y 34 GWh, según datos de finales de 2020; además, para 2030 se tendría en almacenamiento más que toda la capacidad de generación que tuvo Japón en energía en 2020. 

El mencionado reporte también estima que cerca del 55% de los sistemas de almacenamiento por baterías que se instalen para 2030 serán con el objetivo de incentivar la transición energética hacia energías limpias, como las placas solares, a través de complementar dichas fuentes energéticas renovables, guardando la energía en horas de máxima producción y liberándola cuando más se necesite. 

Reforzando el pronóstico, se ha visto en los últimos años que los proyectos industriales que complementan fuentes de energía renovables con almacenamiento en baterías, en concreto energía solar con baterías, han incrementado en diversos sectores de la economía en todo el mundo. 

 

Funcionamiento de las baterías de litio para placas solares

Las baterías de ion litio para placas solares funcionan de una manera muy similar a las baterías que comúnmente se conocen para dispositivos electrónicos de uso diario. Almacenan la energía en compuestos químicos, como el litio, capaces de generar carga eléctrica para luego descargarla cuando se necesite.funcionamiento-de-las-baterias-de-litio-para-placas-solares

El ciclado de las baterías (la carga y descarga de energía) ocurre gracias a las reacciones químicas que permiten el acumulo o descargue de dicha energía; mientras más capacidad de ciclado tenga una batería, más larga es su vida útil.

Cuando la frecuencia de la red eléctrica disminuye debido a la alta demanda, el sistema de almacenamiento, incluyendo las baterías, es capaz de empezar a suministrar la energía almacenada en pocos segundos. Si la frecuencia aumenta debido a una disminución de la demanda, la batería se carga con el exceso de energía; una doble función crucial para la estabilización de las redes eléctricas.

Cuando se complementan las energías renovables, como las placas solares, con los sistemas BESS (Battery Energy Storage System) se equilibra la variación de energía, permitiendo un suministro estable de corriente y reduciendo el costo energético. 

 

El futuro del almacenamiento con baterías

La creciente necesidad de construir una economía energética sustentable está propiciando que se investiguen cada vez más elementos que puedan complementar mejor al litio para almacenamiento, y además, que su extracción no cancele las ventajas sustentables que se han alcanzado.

El mismo informe citado de BNEF de 2021, menciona que dentro de la industria del almacenamiento hay indicios de que se están investigando y contemplando diferentes tipos de baterías de iones litio. 

En 2021 el fosfato de hierro-litio (LFP) sobrepasó por primera vez el uso de la combinación níquel-magnesio-cobalto (NMC) para el sector de almacenamiento estacionario. Propiciando el estimado de que el LFP llegue a ser la opción más usada para baterías de iones litio, al menos hasta el 2030. 

Además, se presta cada vez más atención a cómo se administra globalmente el final de la vida útil de las baterías, pues según datos de la Alianza Global de Baterías (GBA, por sus siglas en inglés), para 2030, 11 millones de toneladas de baterías de iones litio llegarán al final de su vida útil.

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Mediante el estudio de los diversos procesos de producción, se están construyendo iniciativas que permitan crear una economía circular alrededor de los sistemas con baterías. 

Desde la elección de materiales, hasta el final de su utilización, se quiere mejorar el reciclaje de los componentes más delicados y extender la utilidad de las baterías para reducir en la medida de lo posible el desperdicio generado.

 

Baterías para placas solares: el complemento ideal para descarbonizar industrias

Generalmente cuando se piensa en implementar baterías para placas solares en el sector industrial se busca uno o varios de los siguientes puntos: descarbonizar operaciones, integrar tecnología de la mano con soluciones renovables, mejorar el desempeño de las redes eléctricas o generar ahorros en la factura de electricidad.

Lo anterior va muy ligado con los problemas energéticos a los que se enfrenta dicho sector: intermitencias en la red eléctrica, costos altos de energía, cortes en operaciones que no pueden parar y un alto consumo eléctrico con generación energética fósil.baterias-para-placas-solares-el-complemento-ideal-para-descarbonizar-industrias

La saturación de demanda en las redes de distribución eléctrica disminuye la calidad de la red y propicia intermitencias y cortes de energía, que pueden frenar la operación de una planta industrial por varias horas, incrementando mermas o retrasos.

A pesar de que la causa puede ser la misma, la intermitencia y los cortes de energía son problemas separados en muchas industrias, esto debido a las soluciones que actualmente se usan para arreglarlo.

En el caso de los cortes de energía, una de las soluciones más usadas es tener una planta de emergencia que entre a suplir el corte; y en el caso de las intermitencias, una de las soluciones más comunes son las llamadas UPS (Uninterruptible Power Supply) o Sistema de Alimentación Ininterrumpida; dispositivos que permiten tener flujo de energía eléctrica mediante baterías de corto alcance.

A diferencia de los sistemas de almacenamiento con baterías ion litio, las UPS no están diseñadas para ciclarse (cargar y descargar la batería) muchas veces, ni para suministrar energía por periodos largos de tiempo. Las baterías de ion litio sí. 

Hasta hace unos años no había una solución que cubriera los dos problemas por igual, hasta que llegaron los sistemas de almacenamiento.

Nueva llamada a la acción

Los sistemas de almacenamiento para industrias están diseñados específicamente para demandas de energía industriales, permiten una mayor calidad de la energía utilizada y mitigan la volatilidad en la red. 

Un ejemplo son las placas solares, el sol no es una fuente que genere energía las 24 horas del día, debido a que no hay luz por la noche; con un sistema BESS esto se soluciona almacenando la energía y descargando la batería en horas donde ya no hay luz solar. 

Inclusive, con las baterías para placas solares, se puede almacenar la energía y utilizarla en horas de alta producción que generan picos de demanda en el inmueble o cuando el costo de la energía de la red eléctrica es más elevado, en una tarifa horaria como la GDMTH, por ejemplo.sistemas-de-almacenamiento-de-energia-para-industrias

De igual forma, las baterías para fuentes renovables, como las placas solares, sirven para disminuir el riesgo de daño de los equipos que se encuentran conectados cuando hay una elevación o disminución de tensión, sosteniendo su funcionamiento cuando suceden pequeños cortes de energía (intermitencias en la red).

En concreto, las soluciones como los UPS funcionan como respaldo para tener tiempo de apagar y cuidar el equipo, mientras que las baterías para placas solares tienen la ventaja que otorgan continuidad operativa a pesar de las deficiencias en la red y no hay necesidad de detener la producción.

En sectores industriales con líneas de producción continuas, un pequeño corte de energía puede significar el paro total de la producción o que las líneas se detengan y se demoren en arrancar, perdiendo tiempo y elevando el riesgo de que existan pérdidas.

Por supuesto, esto depende de la industria y de cómo trabaja cada planta.sistemas-de-almacenamiento-de-energia-para-industrias

Por lo mismo, cuando se está pensando en implementar baterías para placas solares se debe tener en cuenta qué es lo que se va a hacer con ellas y cuál es la problemática principal que se quiere resolver.  

En cuanto al tema de sustentabilidad, para resolver el problema de cortes de energía muchas industrias tienen generadores diésel, estando sujetos a la volatilidad económica de las energías fósiles, y elevando los niveles de CO2 producidos por la empresa.

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En caso de tener baterías para placas solares, además de suplir de energía a la planta en caso de corte, la batería puede utilizar la energía limpia producida por los sistemas de placas solares que tenga la empresa.

 

Aproveche los beneficios de las baterías para placas solares en su industria

En resumen, las baterías para placas solares (BESS) están cambiando el panorama energético global y tan solo en unos años hemos sido testigos de las diversas ventajas que tiene el implementar este tipo de almacenamiento en las industrias productivas, acercándonos un poco más a la descarbonización de procesos a nivel mundial. 

Un sistema de paneles solares complementado con un sistema de almacenamiento energético son la solución más efectiva para las industrias, permitiéndoles ahorrar millones de pesos al año en costos energéticos y toneladas de CO2 emitidas.

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