Desde el descubrimiento y primera aplicación de energía eléctrica, hasta nuestros días, siempre ha surgido el mismo problema, la acumulación de la misma.
En la actualidad, nuestro sistema eléctrico se compone de diferentes fases:
- Generación
- Distribución
- Transporte
- Comercialización
El problema es que no existe un punto en el cual podamos acumular una gran cantidad de energía debido a su gran limitación.
Por este motivo, se desarrollan continuas investigaciones para mejorar la capacidad y calidad del almacenamiento de energía. En este caso, comentaremos el último gran avance tecnológico, las baterías Li-ion (LiFePO4) o, también conocidas comúnmente, como baterías de litio. Pero antes, haremos una breve introducción sobre qué son las baterías y cuál es su aplicación con respecto a la energía solar fotovoltaica en los hogares y en respaldos energéticos.
La batería, es un dispositivo que se encarga del almacenamiento de energía eléctrica a través de energía química almacenada, a su vez, en celdas electroquímicas. Contienen un electrodo positivo, un electrodo negativo y electrolitos, que son los encargados de que las baterías puedan alimentar un circuito eléctrico.
Desde la aparición de sistemas para el uso de energía eléctrica a través de la energía solar en los hogares, han ido surgiendo diferentes modelos de baterías hasta llegar a las ya mencionadas baterías de litio.
Baterías de Litio Funcionamiento
Este tipo de baterías son conocidas porque se utilizan hoy en día en nuestros teléfonos móviles o teléfonos inteligentes, y en los ordenadores portátiles.
Durante décadas, las baterías de plomo-ácido han sido la opción dominante para los sistemas solares fotovoltaicos, pero con el crecimiento de los vehículos eléctricos, la tecnología de baterías de iones de litio ha mejorado y se ha convertido en una opción viable para estos sistemas solares y de respaldo.
Una batería de litio es un acumulador de energía que utiliza como electrolito sales de litio. Dentro de estas, las más populares y usadas son las baterías de ion litio. Aunque el funcionamiento no es lo que más nos interesa, pero veamos un pequeño resumen de su funcionamiento interno y cómo almacena y descarga la energía en la figura 1.
Como cualquier otra batería, una batería recargable de iones de litio está hecha de uno o más compartimientos de generación de energía llamados «celdas». Cada celda tiene esencialmente tres componentes, un electrodo positivo (conectado al terminal positivo o + de la batería), un electrodo negativo (conectado al terminal negativo o -) y un químico llamado electrolito entre ellos.
El electrodo positivo suele estar hecho de un compuesto químico llamado óxido de litio-cobalto (LiCoO2 ) o, en baterías más nuevas, de fosfato de litio y hierro (LiFePO4).). El electrodo negativo generalmente está hecho de carbono (grafito) y el electrolito varía de un tipo de batería a otro, pero no es muy importante para comprender la idea básica de cómo funciona la batería.
Todas las baterías de iones de litio funcionan de la misma manera. Cuando la batería se está cargando, el electrodo positivo de óxido de cobalto y litio abandona algunos de sus iones de litio, que se mueven a través del electrolito hacia el electrodo de grafito o carbono negativo y permanecen allí. La batería absorbe y almacena energía durante este proceso. Cuando la batería se está descargando, los iones de litio regresan a través del electrolito hacia el electrodo positivo, produciendo la energía que alimenta la batería.
En ambos casos, los electrones fluyen en dirección opuesta a los iones que rodean el circuito externo. Los electrones no fluyen a través del electrolito: es efectivamente una barrera aislante, en lo que respecta a los electrones.
El movimiento de los iones (a través del electrolito) y los electrones (alrededor del circuito externo, en la dirección opuesta) son procesos interconectados, y si alguno de ellos se detiene, el otro también lo hará. Si los iones dejan de moverse a través del electrolito porque la batería se descarga por completo, los electrones tampoco pueden moverse a través del circuito externo, por lo que pierde su energía.
De manera similar, si apaga lo que sea que esté cargando la batería, el flujo de electrones se detiene y también lo hace el flujo de iones. Básicamente, la batería detiene la descarga a una velocidad alta (pero sigue descargándose, a una velocidad muy lenta, incluso con el aparato desconectado).
A diferencia de las baterías más simples, las de iones de litio tienen controladores electrónicos integrados que regulan cómo se cargan y descargan. Evitan la sobrecarga y el sobrecalentamiento que pueden causar que las baterías de iones de litio exploten en algunas circunstancias.
¿Por qué motivo usar baterías de litio?
Las baterías de litio tienen grandes ventajas frente a las baterías convencionales:
- No sufren del llamado ‘Efecto memoria’ y pueden cargarse en cualquier momento del estado de carga (SOC) sin reducción de su vida útil
- Alta densidad energética: más energía almacenada con menos peso. Las baterías de ion-litio ahorran hasta un 70% en espacio y un 70% en peso en comparación con el plomo-ácido. Todo esto es muy útil sobre todo para el almacenamiento de las baterías y para su transporte.
- Las baterías de iones de litio requieren poco mantenimiento (casi nada) y son más resistentes a las descargas irregulares.
- No emiten gases tóxicos y contaminantes.
- Altas Corrientes de carga. Tardan menos tiempo en cargarse
- Altas corrientes de descarga. Se pueden descargar rápidamente sin problemas de pérdida de vida útil.
- Batería de larga duración. Hasta seis veces más que una convencional. Sobre los 15 años para las de Litio.
- Alta eficiencia entre carga y descarga. Muy poca pérdida de energía debido al desarrollo de calor.
- Mayor potencia continua disponible.
- No tienen prácticamente nada de autodescarga.
- Las baterías de Plomo no se deben de ampliar nunca después del inicio de la instalación, ya que se reduciría el tiempo de vida de las nuevas igualándose al de las viejas. Las baterías de Litio se pueden ampliar en cualquier momento sin problemas para las nuevas baterías ampliadas.
- Las baterías de Li pueden conectarse en paralelo para aumentar su capacidad. OJO el resto de baterías nunca se deben de conectar en paralelo ya que disminuye drásticamente su vida útil.
- Las baterías de plomo-ácido pierden ciclos de vida (duración) si se descargan por debajo del 50% de su estado de carga (profundidad de descarga = DOD) o si se descargan muy rápido. Por otro lado, las baterías de iones de litio se pueden descargar a aproximadamente 80% de DOD y a con una rapidez mayor que las de plomo sin perder tiempo de vida. Las nuevas incluso pueden tener una DOD del 100%.
- Presentan mayor capacidad de almacenamiento y una vida útil mayor.
Las 5 Mejores Baterías De Litio Solares
El mercado de las baterías de litio para energía solar fotovoltaica y/o respaldo está en expansión. Sus numerosas ventajas en cuanto a rendimiento, ciclos, duración y densidad energética las hacen sumamente atractivas en cualquier aplicación que requiera un almacenamiento fiable y duradero. En el mercado actual tenemos diferentes opciones de varias marcas con químicas de diferente naturaleza y con diferentes capacidades de almacenamiento. Las 5 principales marcas de baterías de litio que se comercializan: Weco, Pylontech, Byd, Lg y Solax.
Intensidad admisible: La intensidad admisible es la velocidad máxima de carga y descarga (expresada en amperios por hora) que admite una batería de litio. Esta intensidad admisible viene expresada en un número seguido de una C. Si hablamos de 0,5C implica que la batería puede ser cargada y descargada a una velocidad que es igual a la mitad de su capacidad por hora.
Capacidad útil: La capacidad útil es aquella que podemos extraer regularmente de la batería de litio. Aquí es interesante no confundirla con la capacidad total que podremos extraerla en algún momento puntual si el fabricante lo permite pero no regularmente pues anularía la garantía de la batería o podría dañarla. La capacidad útil dependerá de la profundidad de descarga permitida. Podemos verlo con un ejemplo: una batería de 7 kWh con un 80% de descarga permitida es equivalente en términos de capacidad útil a una batería de 5,6kwh con una descarga permitida del 100%.
Densidad energética: La densidad energética de una batería de litio viene expresada como la relación entre la energía de la batería (normalmente expresada en Wh) y el peso de la batería. En este apartado influye mucho el tipo de química utilizada en la celda. Las baterías de NMC (níquel-manganeso-cobalto) como la LG o Solax tienen una mayor densidad energética pues provienen de una tecnología utilizada en los vehículos eléctricos donde el peso es vital. Las baterías de LiFePO4 como Byd o Pylontech son más seguras en cuanto a estabilidad térmica pero tienen una menor densidad energética.
Compatibilidad: Una de las desventajas de las baterías de litio frente al plomo es que debido a su electrónica no pueden ser usadas con todos los fabricantes de electrónica de potencia y regulación del mercado y hay listados de compatibilidades. Si nuestro inversor o regulador de carga no está entre los compatibles con el fabricante no podremos utilizarlo con esa determinada marca de batería. En este apartado la batería de litio Weco destaca porque además de tener compatibilidad con comunicación con las principales marcas del mercado es el único fabricante que autoriza el uso sin comunicación mediante la parametrización de unos valores de carga predeterminados respetando los límites de la batería. El punto negativo lo lleva la batería Solax triple power pues solo es compatible con equipos de la misma marca.
Temperatura de funcionamiento: Las baterías de litio tienen unos parámetros de desconexión si excedemos sus límites de temperatura. Todos los modelos del listado de baterías de litio de este artículo están pensados para el uso en interiores pero hay algunos modelos que admiten un rango de temperatura muy amplio incluso mayor que las clásicas baterías de plomo ácido.
Escalabilidad: Entendemos la escalabilidad como la capacidad de ampliación que tiene una batería de litio. En términos más sencillos sería el número de baterías en paralelo que podemos añadir para crear un sistema de más capacidad.
Rendimiento energético: En cuanto al rendimiento energético entendemos la relación entre los amperios que tenemos que cargar para reponer los amperios que hemos descargado en otras palabras, la eficiencia de la batería. En este aspecto el litio es una batería sobresaliente pues en casi todos los modelos y químicas estamos hablando de rendimientos en torno al 94-98% y las diferencias entre modelos son mínimas de un 1 o 2% como máximo.
Calidad Precio: En este aspecto enfrentamos las prestaciones de cada modelo frente al precio medio de adquisición del mercado. Queremos recalcar que todas las baterías de esta comparativa son excelentes opciones de contrastada calidad y la elección de una u otra ya es cuestión de las necesidades particulares y el tipo de instalación