Guía de sistemas de respaldo de batería residenciales 2022 | Tipos, costos y beneficios.

Incluso en 2022, el almacenamiento de energía fotovoltaica seguirá siendo el tema más candente, y el respaldo de baterías residenciales es el segmento de energía solar de más rápido crecimiento, creando nuevos mercados y oportunidades de expansión para la modernización con energía solar en hogares y empresas grandes y pequeñas de todo el mundo.Batería de respaldo residencialEs fundamental para cualquier hogar con energía solar, especialmente en caso de tormenta u otra emergencia. En lugar de exportar el exceso de energía solar a la red, ¿qué tal almacenarla en baterías para emergencias? Pero, ¿cómo puede ser rentable la energía solar almacenada? Le informaremos sobre el costo y la rentabilidad de un sistema de almacenamiento de baterías para el hogar y le explicaremos los puntos clave que debe tener en cuenta al comprar el sistema de almacenamiento adecuado. ¿Qué es un sistema residencial de almacenamiento de baterías? ¿Cómo funciona? Un sistema de almacenamiento de energía en baterías o en sistemas fotovoltaicos residenciales es un complemento útil para un sistema fotovoltaico, ya que permite aprovechar las ventajas de la energía solar y desempeñará un papel cada vez más importante en la aceleración de la sustitución de los combustibles fósiles por energías renovables. La batería solar doméstica almacena la electricidad generada por la energía solar y la suministra al usuario en el momento necesario. El almacenamiento de energía en baterías es una alternativa ecológica y rentable a los generadores de gas. Quienes utilizan un sistema fotovoltaico para generar electricidad por sí mismos pronto alcanzarán sus límites. Al mediodía, el sistema proporciona abundante energía solar, pero entonces no hay nadie en casa para consumirla. Por la noche, en cambio, se necesita mucha electricidad, pero ya no hay sol. Para compensar esta falta de suministro, se compra electricidad, mucho más cara, al operador de la red eléctrica. En esta situación, un sistema de respaldo de batería residencial es prácticamente indispensable. Esto significa que la electricidad no utilizada durante el día está disponible por la tarde y por la noche. De esta manera, la electricidad autogenerada está disponible las 24 horas del día, independientemente de las condiciones climáticas. Así, el uso de energía solar autoproducida aumenta hasta un 80 %. El grado de autosuficiencia, es decir, la proporción del consumo eléctrico cubierta por el sistema solar, aumenta hasta un 60 %. Un sistema de almacenamiento de energía doméstico es mucho más pequeño que un refrigerador y se puede instalar en la pared del cuarto de servicio. Los sistemas de almacenamiento modernos incorporan tecnología avanzada que utiliza pronósticos meteorológicos y algoritmos de autoaprendizaje para optimizar el consumo energético del hogar. Lograr la independencia energética nunca ha sido tan fácil, incluso si la vivienda permanece conectada a la red eléctrica. ¿Merecen la pena los sistemas de almacenamiento de energía en baterías para el hogar? ¿Qué factores influyen? El almacenamiento de energía en baterías residenciales es esencial para que una casa con energía solar siga funcionando durante los apagones y, además, funcionará también por la noche. Asimismo, las baterías solares mejoran la rentabilidad del sistema al almacenar la energía solar que, de otro modo, se devolvería a la red con pérdidas, para luego redistribuirla cuando la electricidad es más cara. El almacenamiento de energía en baterías protege al propietario de la instalación solar de los fallos de la red y salvaguarda la rentabilidad del sistema frente a las fluctuaciones de los precios de la energía. Si merece la pena invertir en ello o no depende de varios factores: Nivel de costes de inversión. Cuanto menor sea el coste por kilovatio-hora de capacidad, antes se amortizará el sistema de almacenamiento. Vida útil delbatería solar doméstica En el sector, es habitual que el fabricante ofrezca una garantía de 10 años. Sin embargo, se suele presuponer una vida útil más prolongada. La mayoría de las baterías solares domésticas con tecnología de iones de litio funcionan de forma fiable durante al menos 20 años. Porcentaje de electricidad autoconsumida Cuanto más aumente el autoconsumo gracias al almacenamiento de energía solar, más probable será que merezca la pena. Costes de electricidad cuando se compra de la red Cuando los precios de la electricidad son altos, los propietarios de sistemas fotovoltaicos ahorran consumiendo la electricidad que ellos mismos generan. Se prevé que en los próximos años los precios de la electricidad sigan subiendo, por lo que muchos consideran que las baterías solares son una inversión inteligente. Tarifas conectadas a la red Cuanto menos dinero reciban los propietarios de sistemas solares por kilovatio-hora, más les resultará rentable almacenar la electricidad en lugar de inyectarla a la red. En los últimos 20 años, las tarifas de conexión a la red han disminuido constantemente y seguirán haciéndolo. ¿Qué tipos de sistemas de almacenamiento de energía con baterías para el hogar existen?? Los sistemas de respaldo de baterías para el hogar ofrecen numerosos beneficios, como resiliencia, ahorro de costos y producción de electricidad descentralizada (también conocidos como "sistemas de energía distribuida para el hogar"). Entonces, ¿cuáles son las categorías de baterías solares para el hogar? ¿Cómo debemos elegir la adecuada? Clasificación funcional según la función de respaldo: 1. Fuente de alimentación UPS doméstica Este es un servicio de alimentación de respaldo de grado industrial que los hospitales, salas de datos, el gobierno federal o las fuerzas armadas suelen requerir para el funcionamiento continuo de sus dispositivos esenciales y sensibles. Con una fuente de alimentación UPS doméstica, las luces de su hogar ni siquiera parpadearán si falla la red eléctrica. La mayoría de los hogares no necesitan ni desean pagar por este nivel de confiabilidad, a menos que utilicen equipos médicos críticos en su hogar. 2. Sistema de alimentación ininterrumpida (respaldo completo para toda la casa). El siguiente nivel después de un SAI (Sistema de Alimentación Ininterrumpida) es lo que llamaremos «sistema de alimentación ininterrumpida» (SAI). Un SAI permitirá que toda su casa siga funcionando con energía solar y baterías si se interrumpe el suministro eléctrico, pero experimentará un breve período (un par de segundos) en el que todo se oscurecerá o se pondrá gris mientras el sistema de respaldo entra en funcionamiento. Es posible que tenga que ajustar los relojes electrónicos, pero, aparte de eso, podrá utilizar todos sus electrodomésticos con normalidad mientras duren las baterías. 3. Suministro de energía en situaciones de emergencia (respaldo parcial). Algunos sistemas de alimentación de respaldo funcionan activando un circuito de emergencia cuando detectan una caída en el suministro eléctrico. Esto permite que los electrodomésticos conectados a dicho circuito (normalmente refrigeradores, luces y algunos enchufes) sigan funcionando con las baterías o los paneles fotovoltaicos durante el apagón. Este tipo de sistema de respaldo es probablemente una de las opciones más populares, prácticas y económicas para los hogares de todo el mundo, ya que alimentar toda una casa con un banco de baterías las agotaría rápidamente. 4. Sistema solar y de almacenamiento parcialmente aislado de la red eléctrica. Una última opción que podría resultar llamativa es un sistema parcialmente autónomo. Con este sistema, se crea una zona independiente de la red eléctrica en la vivienda, que funciona continuamente con un sistema solar y de baterías lo suficientemente grande como para autoabastecerse sin consumir energía de la red. De esta forma, los electrodomésticos esenciales (refrigeradores, luces, etc.) siguen funcionando incluso si se interrumpe el suministro eléctrico, sin ningún tipo de interrupción. Además, dado que el sistema solar y las baterías están dimensionados para funcionar de forma continua sin depender de la red, no sería necesario asignar el consumo de energía a menos que se conectaran dispositivos adicionales al circuito autónomo. Clasificación según la tecnología de química de baterías.: Baterías de plomo-ácido como sistema de respaldo de energía para uso residencial. baterías de plomo-ácidoSon las baterías recargables más antiguas y económicas disponibles en el mercado para el almacenamiento de energía. Aparecieron a principios del siglo XX y, hasta el día de hoy, siguen siendo las preferidas en muchas aplicaciones debido a su robustez y bajo costo. Sus principales desventajas son su baja densidad energética (son pesadas y voluminosas) y su corta vida útil, ya que no admiten un gran número de ciclos de carga y descarga. Las baterías de plomo-ácido requieren un mantenimiento regular para equilibrar la química de la batería, por lo que sus características las hacen inadecuadas para descargas de frecuencia media a alta o aplicaciones que duren 10 años o más. También presentan la desventaja de una baja profundidad de descarga, que generalmente se limita al 80 % en casos extremos o al 20 % en condiciones normales de funcionamiento, para una mayor vida útil. La sobredescarga degrada los electrodos de la batería, lo que reduce su capacidad de almacenar energía y limita su vida útil. Las baterías de plomo-ácido requieren un mantenimiento constante de su estado de carga y siempre deben almacenarse en su estado de carga máximo mediante la técnica de flotación (mantenimiento de la carga con una pequeña corriente eléctrica, suficiente para anular el efecto de autodescarga). Estas baterías se presentan en diversas versiones. Las más comunes son las baterías ventiladas, que utilizan electrolito líquido; las baterías de gel reguladas por válvula (VRLA); y las baterías con electrolito incrustado en una estera de fibra de vidrio (conocidas como AGM, por sus siglas en inglés), que ofrecen un rendimiento intermedio y un coste reducido en comparación con las baterías de gel. Las baterías reguladas por válvula están prácticamente selladas, lo que evita fugas y la desecación del electrolito. La válvula libera los gases en caso de sobrecarga. Algunas baterías de plomo-ácido están diseñadas para aplicaciones industriales estacionarias y admiten ciclos de descarga más profundos. También existe una versión más moderna: la batería de plomo-carbono. Los materiales a base de carbono añadidos a los electrodos proporcionan mayores corrientes de carga y descarga, mayor densidad de energía y una vida útil más prolongada. Una ventaja de las baterías de plomo-ácido (en cualquiera de sus variantes) es que no requieren un sistema sofisticado de gestión de carga (como ocurre con las baterías de litio, que veremos a continuación). Las baterías de plomo tienen muchas menos probabilidades de incendiarse y explotar al sobrecargarse, ya que su electrolito no es inflamable como el de las baterías de litio. Además, una ligera sobrecarga no es peligrosa en este tipo de baterías. Incluso algunos controladores de carga tienen una función de ecualización que sobrecarga ligeramente la batería o el banco de baterías, lo que permite que todas alcancen la carga completa. Durante el proceso de ecualización, las baterías que finalmente se cargan por completo antes que las demás experimentarán un ligero aumento de voltaje, sin riesgo alguno, mientras que la corriente fluye normalmente a través de la conexión en serie de los elementos. De esta manera, podemos afirmar que las baterías de plomo tienen la capacidad de ecualizarse de forma natural y que pequeños desequilibrios entre las baterías de un conjunto o de un banco no representan ningún riesgo. Actuación:La eficiencia de las baterías de plomo-ácido es mucho menor que la de las baterías de litio. Si bien la eficiencia depende de la velocidad de carga, generalmente se asume una eficiencia de ida y vuelta del 85 %. Capacidad de almacenamiento:Las baterías de plomo-ácido están disponibles en una variedad de voltajes y tamaños, pero pesan entre 2 y 3 veces más por kWh que las de fosfato de hierro y litio, dependiendo de la calidad de la batería. Coste de la batería:Las baterías de plomo-ácido son un 75 % más económicas que las de fosfato de hierro y litio, pero no se deje engañar por su bajo precio. Estas baterías no se pueden cargar ni descargar rápidamente, tienen una vida útil mucho más corta, carecen de un sistema de gestión de batería de protección y, además, pueden requerir mantenimiento semanal. Esto se traduce en un coste total por ciclo superior al que resulta razonable para reducir los costes de energía o alimentar electrodomésticos de alto consumo. Baterías de litio como sistema de respaldo de batería residencial. Actualmente, las baterías de iones de litio son las de mayor éxito comercial. Tras su aplicación en dispositivos electrónicos portátiles, la tecnología de iones de litio se ha extendido a aplicaciones industriales, sistemas de energía, almacenamiento de energía fotovoltaica y vehículos eléctricos. Baterías de iones de litioSuperan a muchos otros tipos de baterías recargables en numerosos aspectos, como la capacidad de almacenamiento de energía, el número de ciclos de trabajo, la velocidad de carga y la rentabilidad. Actualmente, el único inconveniente es la seguridad: los electrolitos inflamables pueden incendiarse a altas temperaturas, lo que requiere el uso de sistemas electrónicos de control y monitorización. El litio es el más ligero de todos los metales, tiene el mayor potencial electroquímico y ofrece mayores densidades de energía volumétrica y másica que otras tecnologías de baterías conocidas. La tecnología de iones de litio ha hecho posible impulsar el uso de sistemas de almacenamiento de energía, principalmente asociados a fuentes de energía renovables intermitentes (solar y eólica), y también ha impulsado la adopción de vehículos eléctricos. Las baterías de iones de litio utilizadas en sistemas de energía y vehículos eléctricos son de tipo líquido. Estas baterías emplean la estructura tradicional de una batería electroquímica, con dos electrodos sumergidos en una solución electrolítica líquida. Los separadores (materiales aislantes porosos) se utilizan para separar mecánicamente los electrodos, permitiendo al mismo tiempo el libre movimiento de los iones a través del electrolito líquido. La característica principal de un electrolito es permitir la conducción de corriente iónica (formada por iones, que son átomos con exceso o falta de electrones), impidiendo al mismo tiempo el paso de electrones (como ocurre en los materiales conductores). El intercambio de iones entre los electrodos positivo y negativo es la base del funcionamiento de las baterías electroquímicas. Las investigaciones sobre baterías de litio se remontan a la década de 1970, y la tecnología maduró y comenzó a utilizarse comercialmente alrededor de la década de 1990. Las baterías de polímero de litio (con electrolitos de polímero) se utilizan actualmente en teléfonos, ordenadores y diversos dispositivos móviles, sustituyendo a las antiguas baterías de níquel-cadmio, cuyo principal problema es el "efecto memoria", que reduce gradualmente su capacidad de almacenamiento cuando se carga antes de descargarse por completo. En comparación con las baterías de níquel-cadmio más antiguas, especialmente las de plomo-ácido, las baterías de iones de litio tienen una mayor densidad de energía (almacenan más energía por volumen), un coeficiente de autodescarga menor y pueden soportar un mayor número de ciclos de carga y descarga, lo que significa una larga vida útil. Alrededor de principios de la década de 2000, las baterías de litio comenzaron a usarse en la industria automotriz. Alrededor de 2010, las baterías de iones de litio ganaron interés en el almacenamiento de energía eléctrica en aplicaciones residenciales ysistemas ESS (Sistema de Almacenamiento de Energía) a gran escala, principalmente debido al mayor uso de fuentes de energía en todo el mundo. Energía renovable intermitente (solar y eólica). Las baterías de iones de litio pueden tener diferentes prestaciones, vidas útiles y costes, dependiendo de cómo se fabriquen. Se han propuesto varios materiales, principalmente para los electrodos. Normalmente, una batería de litio consta de un electrodo metálico a base de litio que forma el terminal positivo de la batería y un electrodo de carbono (grafito) que forma el terminal negativo. Según la tecnología empleada, los electrodos de litio pueden tener diferentes estructuras. Los materiales más utilizados para la fabricación de baterías de litio y las principales características de estas baterías son las siguientes: Óxidos de litio y cobalto (LCO):Alta energía específica (Wh/kg), buena capacidad de almacenamiento y vida útil satisfactoria (número de ciclos), adecuada para dispositivos electrónicos, la desventaja es la potencia específica (W/kg) pequeña, lo que reduce la velocidad de carga y descarga; Óxidos de litio y manganeso (LMO):permiten altas corrientes de carga y descarga con baja energía específica (Wh/kg), lo que reduce la capacidad de almacenamiento; Litio, níquel, manganeso y cobalto (NMC):Combina las propiedades de las baterías LCO y LMO. Además, la presencia de níquel en su composición contribuye a aumentar la energía específica, proporcionando una mayor capacidad de almacenamiento. El níquel, el manganeso y el cobalto pueden utilizarse en proporciones variables (para potenciar uno u otro elemento) según el tipo de aplicación. En definitiva, el resultado de esta combinación es una batería con buen rendimiento, buena capacidad de almacenamiento, larga vida útil y bajo coste. Litio, níquel, manganeso y cobalto (NMC):Combina características de las baterías LCO y LMO. Además, la presencia de níquel en su composición ayuda a aumentar la energía específica, proporcionando una mayor capacidad de almacenamiento. El níquel, el manganeso y el cobalto se pueden usar en diferentes proporciones, según el tipo de aplicación (para favorecer una característica u otra). En general, el resultado de esta combinación es una batería con buen rendimiento, buena capacidad de almacenamiento, buena vida útil y un costo moderado. Este tipo de batería se ha utilizado ampliamente en vehículos eléctricos y también es adecuada para sistemas de almacenamiento de energía estacionarios. Fosfato de hierro y litio (LFP):La combinación LFP proporciona a las baterías un buen rendimiento dinámico (velocidad de carga y descarga), una vida útil prolongada y una mayor seguridad gracias a su buena estabilidad térmica. La ausencia de níquel y cobalto en su composición reduce el coste y aumenta la disponibilidad de estas baterías para la producción en masa. Aunque su capacidad de almacenamiento no es la más alta, ha sido adoptada por fabricantes de vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía debido a sus numerosas ventajas, especialmente su bajo coste y buena robustez. Litio y titanio (LTO):El nombre hace referencia a las baterías que incorporan titanio y litio en uno de los electrodos, sustituyendo al carbono, mientras que el segundo electrodo es el mismo que se utiliza en otros tipos (como las NMC, que contienen litio, manganeso y cobalto). A pesar de su baja densidad energética (lo que se traduce en una menor capacidad de almacenamiento), esta combinación ofrece un buen rendimiento dinámico, una mayor seguridad y una vida útil considerablemente mayor. Las baterías de este tipo pueden soportar más de 10 000 ciclos de funcionamiento con una descarga completa, mientras que otros tipos de baterías de litio soportan alrededor de 2000 ciclos. Las baterías de LiFePO4 superan a las de plomo-ácido gracias a su altísima estabilidad cíclica, máxima densidad energética y mínimo peso. Si se descargan regularmente desde el 50 % de su capacidad y luego se cargan completamente, las baterías de LiFePO4 pueden realizar hasta 6500 ciclos de carga. Por lo tanto, la inversión adicional se amortiza a largo plazo y la relación precio/rendimiento sigue siendo inmejorable. Son la opción preferida para uso continuo como baterías solares. Actuación:La carga y descarga de la batería tiene una eficacia de ciclo total del 98%, mientras que se carga y descarga rápidamente en plazos de menos de 2 horas, e incluso más rápido para una vida útil reducida. Capacidad de almacenamientoLas baterías de fosfato de hierro y litio pueden tener una capacidad superior a 18 kWh, lo que reduce el espacio que ocupan y el peso en comparación con las baterías de plomo-ácido de la misma capacidad. Costo de la bateríaLas baterías de fosfato de hierro y litio tienden a ser más caras que las de plomo-ácido, pero generalmente tienen un menor costo por ciclo debido a su mayor durabilidad.