Abans de parlar de l'arquitectura del sistema d'emmagatzematge d'energia de la bateria (BESS) i els tipus de bateries, primer hem de centrar-nos en la terminologia més comuna utilitzada en aquest camp. Diversos paràmetres importants descriuen el comportament dels sistemes d'emmagatzematge d'energia de la bateria.
Capacitat [Ah]: La càrrega elèctrica màxima que el sistema és capaç de proporcionar a la càrrega connectada a una tensió raonable. La tecnologia de la bateria té un impacte significatiu en aquest paràmetre, el valor del qual s'estableix per a un corrent i una temperatura de descàrrega particulars.
Energia nominal [Wh]:Aquesta és l'energia total produïda entre els estats de càrrega completa i descàrrega total. És equivalent a la tensió de la bateria multiplicada per la capacitat. La temperatura i el corrent també tenen un impacte, ja que la capacitat ho determina.
Potència [W]:Definir la potència de sortida d'un BESS és difícil perquè depèn de la càrrega connectada. No obstant això, la potència nominal representa la potència en l'escenari de descàrrega més típic.
Energia específica [Wh/kg]:Això indica la capacitat d'emmagatzematge d'energia de la bateria en relació amb la massa.
L'escala utilitzada per determinar les durades de càrrega i descàrrega s'anomenaTaxa C. El corrent de descàrrega esgotarà completament la bateria en una hora a 1C.
Càrrega/descàrrega/càrrega és elcicle. No hi ha una definició consensuada del que és un cicle.
Una bateriacicle de vidaés el nombre total de cicles que pot produir.
DoD: Profunditat de descàrrega. La descàrrega completa és del 100%;
Estat de càrrega (SoC, %):El nivell de càrrega d'una bateria s'indica amb aquest número.
El terme "eficiència coulombica" es refereix a la capacitat de la bateria per transmetre la càrrega de manera eficient. És la proporció de càrrega necessària per tornar a l'estat de càrrega original a la quantitat de càrrega (Ah) alliberada durant la fase de descàrrega. Amb l'excepció de la tecnologia de plom-àcid, la majoria d'ordinaris les bateries tenen una eficiència comparable a aquesta.
Els principals tipus de sistemes d'emmagatzematge d'energia electroquímica
Existeixen nombrosos sistemes de bateries, cadascun basat en una combinació única de components i processos químics. Les bateries de plom-àcid i Li-ion són actualment els tipus més utilitzats, però les bateries de flux, níquel i sofre també tenen cabuda en aquest mercat. Revisarem ràpidament els avantatges clau de les tecnologies de bateries més populars.
Utilitzem aquestes bateries amb regularitat. La cel·la base d'aquesta bateria es compon d'un elèctrode positiu de biòxid o plom i un elèctrode de plom negatiu. L'electròlit és una solució d'àcid sulfúric en aigua.
Els principals avantatges d'aquestes bateries són la seva assequibilitat i l'estat tecnològic avançat.
Bateries de níquel-cadmi (Ni-Cd).
Abans que la tecnologia de bateries de liti fos àmpliament utilitzada, aquest tipus de bateries va servir com a font d'alimentació principal per als dispositius portàtils durant uns quants anys.
Aquestes bateries proporcionen una gran potència de sortida i un temps de recàrrega ràpid.
Una millora d'aquestes bateries està representada per la tecnologia de níquel-hidrur metàl·lic (NiMH), que pot proporcionar aproximadament un 40% més d'energia específica que la NiCd estàndard.
Bateries de ions de liti (Ions de liti).
De tots els metalls, el liti té l'energia específica més alta i és el més lleuger. Les bateries recarregables d'ànode metàl·lic de liti tenen la capacitat de proporcionar densitats d'energia increïblement altes.
També hi ha altres restriccions. Per exemple, el desenvolupament de dendrites a l'ànode durant el cicle és una restricció pertinent. Pot resultar en un tall de corrent, que podria augmentar la temperatura i danyar la bateria.
La composició d'un BESS
Els diferents "nivells", tant lògics com físics, conformen un BESS. Cada part física única necessita el seu propi sistema de control.
Aquí teniu un resum d'aquestes etapes clau:
El sistema de bateries està format per diversos paquets de bateries i nombroses bateries connectades entre si per aconseguir els nivells de tensió i corrent desitjats.
El sistema de gestió de bateries regula el funcionament adequat de cada cèl·lula per permetre que el sistema funcioni dins d'un rang de tensió, corrent i temperatura que sigui segur per a l'excel·lent salut de les bateries en lloc del sistema en conjunt. A més, l'estat de càrrega de cada cel·la s'ajusta i s'equilibra fent això.
Per convertir l'energia en CA, els inversors estan connectats al sistema de bateries. Un nivell electrònic de potència especialitzat conegut com a PCS (sistema de conversió de potència) està present a cada BESS. Normalment s'agrupa en una unitat de conversió juntament amb tots els serveis auxiliars necessaris per a un seguiment adequat.
El sistema i el control i el control del flux d'energia (sistema de gestió energètica) són els passos següents. El sistema de control de supervisió i adquisició de dades, o sistema SCADA, sovint inclou funcions generals de supervisió i control. D'altra banda, el sistema de gestió energètica està dissenyat específicament per controlar el flux d'energia d'acord amb els requisits de l'aplicació.
Les últimes connexions són la connexió del transformador de mitja tensió/baixa tensió i, segons la mida del sistema, el transformador d'alta/mitja tensió d'una subestació dedicada.
Mòdul fotovoltaic i integració BESS
Les fonts d'energia renovables estan a punt de tenir un impacte significatiu en els sistemes elèctrics en el futur, tal com es va comentar a la primera peça d'aquesta sèrie. Tant el sistema elèctric com la central d'energia renovable es poden beneficiar de la integració d'un BESS amb una font d'energia renovable.
A continuació s'expliquen les diferents maneres en què un BESS podria ajudar una central elèctrica:
Per tal d'aconseguir una corba de generació més estable i predictible, això compensaria la "volatilitat" del perfil de generació sota la cobertura de núvols o pics bruscos de potència. El contrast entre la corba de generació d'una planta fotovoltaica en un dia ennuvolat i una amb un cel clar es mostra a la figura 4. La generació mostraria menys "parpelleig" amb la integració d'un BESS, donant lloc a una corba més regular.
La corba de generació "suavitzarà" com a resultat de l'afaitat màxim (per obtenir més informació sobre l'afaitat màxim, llegiu l'article anterior).
Pel que fa al suport a la xarxa i als serveis auxiliars, el BESS pot tenir un paper important en la integració de la central a la xarxa elèctrica oferint regulació de freqüència i gestió de tensió (juntament amb compensació de potència reactiva) amb un impacte significativament menor en el sistema elèctric.
A part dels serveis esmentats, hi ha més col·laboracions potencials entre mòduls fotovoltaics i sistemes d'emmagatzematge d'energia de bateries, començant amb l'intercanvi de punt de connexió (POC). Com que un BESS s'instal·la amb freqüència per "complementar" el mòdul fotovoltaic, la seva presència no podria requerir una potència addicional al POC.
Col·laboracions potencials addicionals deriven de les decisions preses en l'arquitectura de com es connecten els mòduls fotovoltaics a un BESS. Existeixen almenys tres opcions principals:
Acoblament DC: En aquesta opció, s'utilitza un convertidor CC/CC particular per enllaçar el BESS i el PV al costat de CC de les bateries i mòduls fotovoltaics per tal d'estabilitzar la tensió. Amb aquest mètode, tota la part de CA de la planta compartirà els inversors entre el mòdul fotovoltaic i BESS (l'inversor en aquest escenari podrà funcionar en els 4 quadrants del diagrama PQ). Aquesta opció és força habitual per a residencials. aplicacions, o en el cas d'una planta petita (kW). En el cas d'una planta a gran escala, el BESS es distribuirà pel camp. Tanmateix, requerirà una lògica específica i costosa per controlar la tensió de CC i la càrrega de cada paquet de bateries.
Acoblament de CA després de l'inversor: Aquest mètode és comparable a l'anterior, però col·loca el punt d'acoblament BESS i mòdul fotovoltaic després dels inversors. En aquest cas, el BESS i el mòdul fotovoltaic tindran cadascun el seu propi inversor dedicat. Com que no hi ha necessitat de la lògica de control addicional per a l'acoblament de CC, aquest mètode també és popular per a aplicacions residencials i es pot utilitzar en grans plantes per crear un BESS distribuït.
Acoblament de CA al POC:En aquesta solució, el mòdul fotovoltaic i el BESS només comparteixen la instal·lació d'interconnexió, mentre que tenen trams completament separats a nivell de planta.