Sistemas de almacenamiento de energía en baterías: Tipos, ventajas y aplicaciones

Hoy en día existen varios tipos de sistemas de energía basados en baterías. Utilizan diferentes químicas de almacenamiento y ofrecen distintas ventajas. Para obtener una visión completa de los tipos de BESS y sus mejores aplicaciones, siga leyendo a continuación. Explicamos sus químicas, ventajas y usos.

¿Qué es un sistema de almacenamiento de energía en baterías?

Un sistema de almacenamiento de energía en baterías, BESS, es cualquier instalación que permita captar energía eléctrica, almacenarla en una o varias baterías y liberarla más tarde cuando se necesite. Su tamaño varía desde pequeñas unidades para uso doméstico hasta grandes configuraciones BESS para necesidades energéticas industriales.

El corazón de un BESS es un dispositivo electroquímico formado por celdas o módulos de batería. Este dispositivo obtiene la energía de una fuente renovable, como la solar o la eólica, o incluso de la red, y la almacena en forma química.

A lo largo de los años, los científicos han desarrollado diversas tecnologías de baterías para conservar la energía eléctrica. Éstas difieren en muchos aspectos, como el tipo de compuestos químicos utilizados, el coste, la vida útil, el impacto medioambiental, etc.

Un sistema de almacenamiento de baterías de plomo-ácido
Un sistema de almacenamiento de baterías de plomo-ácido
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Tipos de sistemas de almacenamiento de energía en baterías

Existen varios tipos de baterías de almacenamiento de energía, agrupadas por su química de almacenamiento. Se trata de baterías de iones de litio, de plomo-ácido, de níquel-cadmio, de sodio-azufre y de flujo.

Sistema de almacenamiento de baterías de iones de litio

Sistema de almacenamiento de baterías de iones de litio

Como su nombre indica, la batería de iones de litio utiliza sales de litio como electrolito. El electrodo catódico es un compuesto de litio, mientras que el ánodo suele ser grafito.

Las opciones de cátodo varían desde el fosfato de litio y hierro y el óxido de litio y cobalto hasta el óxido de litio y manganeso: el tipo basado en óxido de manganeso ofrece mejores características y se utiliza preferentemente en aplicaciones especializadas.

Aunque es una opción más cara, el LI-ion es uno de los tipos de BESS más utilizados, con usos diversos que van desde los hogares hasta los sectores comercial e industrial.

Ventajas

  • Peso ligero
  • Más pequeños que otros tipos de acumuladores
  • Alta eficiencia (hasta 95%)
  • Carga rápidamente
  • Gran capacidad energética
  • Gran profundidad de descarga que puede llegar hasta 90% de capacidad total
  • Dura mucho tiempo (5-30 años, según el tipo de cátodo)

Aplicaciones

  • Utilizado en sistemas de almacenamiento de energía renovable
  • Vehículos eléctricos
  • Diversos aparatos electrónicos de consumo (teléfonos móviles, ordenadores portátiles, etc.)
  • Herramientas eléctricas portátiles     

Sistema de almacenamiento de baterías de plomo-ácido

Sistema_de_almacenamiento_de_Baterías_de_Acido_plomo

Estos sistemas BESS utilizan baterías formadas por electrodos de plomo y ácido sulfúrico (H2SO4) como electrolito. El BESS típico basado en plomo-ácido dura entre 5 y 10 años, pero requiere un mantenimiento regular a lo largo de su vida útil.

Los acumuladores de plomo-ácido también son menos eficientes que los de iones de litio (unos 85%) y tienen una DOD baja, de unos 50%. También necesitan cargarse periódicamente cuando no se utilizan durante periodos prolongados para mantenerse.

En el lado positivo, estas baterías de almacenamiento ofrecen varias ventajas, como ser rentables y producir corrientes más altas sin sufrir daños.

Ventajas

  • Rentable
  • Seguro y fiable
  • Puede proporcionar altas corrientes de corta duración
  • Ofrece una amplia gama de temperaturas de funcionamiento

Aplicaciones

  • Sistemas de almacenamiento solar
  • Para arrancadores de coches y otros vehículos
  • Sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI)

Sistema de almacenamiento de baterías de níquel-cadmio

Sistema de almacenamiento de baterías de níquel-cadmio

Las baterías de níquel-cadmio tienen un ánodo de óxido de níquel con un separador de hidróxido de níquel. El cátodo es de cadmio metálico, y el electrolito es hidróxido de potasio, un alcalino.

Es bueno tener en cuenta que, aparte del tipo de cadmio, una batería de almacenamiento basada en níquel puede ser de tipo hidruro. La batería de hidruro de níquel utiliza un hidruro (una aleación que puede absorber hidrógeno) para el electrodo negativo en lugar de cadmio.

El tipo hidruro de los acumuladores a base de níquel ofrece mejores propiedades, entre las que se incluyen una mayor densidad energética y respeto por el medio ambiente.

Ventajas

  • Soporta distintos niveles de temperatura
  • Alta fiabilidad
  • Carga rápidamente
  • Alta DOD, o profundidad de descarga
  • Larga vida útil

Aplicaciones

  • Sistemas de energía renovable
  • Sistemas de iluminación de emergencia o de reserva
  • Herramientas eléctricas portátiles y otros dispositivos

Sistema de almacenamiento en baterías de sodio-azufre

Estos sistemas de almacenamiento de baterías utilizan sodio fundido para el cátodo y azufre líquido para el ánodo o electrodo negativo. El electrolito es alúmina sódica, que debe fundirse para permitir que los iones se muevan entre los electrodos.

Como utiliza materiales líquidos, esta batería funciona a temperaturas superiores a 300 grados Celsius e incluye calentadores para licuar el electrolito sólido.

La densidad energética de los sistemas BESS de sodio-azufre es comparable a la de las baterías de iones de litio, salvo que tienen una vida útil más corta y requieren altos niveles de calor para licuar el electrolito de sodio sólido.

Ventajas

  • Alta densidad energética
  • Alto nivel de eficiencia de hasta 90%
  • Un alto DOD (80%)
  • Utiliza materiales de bajo coste
  • Una larga vida útil de hasta 10 años

Aplicaciones

  • Como sistemas de alimentación de reserva para centros de datos y aplicaciones similares
  • En instalaciones de energías renovables
  • En los sistemas de distribución de energía para estabilizar la potencia de salida

Sistema de almacenamiento con batería de flujo

Dos depósitos contienen el electrolito en un sistema de almacenamiento de batería de flujo, con una membrana de intercambio iónico que los separa para facilitar la reacción que almacena la energía.

Durante la carga, la corriente oxida los compuestos químicos de un recipiente y reduce los del otro. Las reacciones convierten la corriente de carga en energía química almacenada.

Existen varias tecnologías para los tipos de BESS de flujo en función de los productos químicos utilizados para el electrolito. Puede ser una solución de iones de vanadio o de zinc-bromo. La batería también puede ser del tipo hierro-cromo.

Ventajas

  • Larga vida útil de unos 20 años (unos 10.000 ciclos de carga)
  • Más seguro que otros tipos de BESS (utiliza materiales no inflamables y no tóxicos)
  • Un nivel de eficiencia relativamente alto (alrededor de 80%)
  • Gran capacidad de almacenamiento de energía
  • Corto tiempo de carga
  • Altamente escalable aumentando el electrolito

Aplicaciones

  • Sistemas de almacenamiento de reserva o de emergencia
  • Estabilización de la red eléctrica
  • Sistemas de energía renovable
  • En vehículos eléctricos

Conclusión

En el mundo actual, donde la energía renovable es la norma, las baterías de almacenamiento son cada vez más críticas. Hoy en día, se puede elegir entre varios sistemas de almacenamiento basados en baterías de iones de litio y plomo-ácido hasta baterías de sodio-azufre y de flujo. Como se ha señalado en esta guía, cada uno de estos tipos de BESS tiene sus ventajas, y su elección dependerá de las necesidades de su proyecto.

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