Un sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) almacena energía eléctrica en baterías y la libera más tarde cuando una vivienda, una empresa o un sistema eléctrico la necesita. Las celdas de la batería son solo una parte del sistema. Un BESS operativo también necesita equipos para supervisar la batería, convertir potencia, controlar la carga y la descarga, gestionar la temperatura, aislar fallos y conectarse de forma segura a la instalación eléctrica.
Esa definición a nivel de sistema importa. Un armario lleno de celdas puede almacenar energía, pero no puede decidir por sí solo cuándo cargar, convertir electricidad de CC en potencia de CA utilizable ni coordinarse con un edificio o una red.
Qué compone un BESS
La batería suele organizarse en celdas, módulos y conjuntos mayores, racks o armarios. La jerarquía exacta varía según el producto y el proyecto, pero su propósito es el mismo: combinar muchas celdas electroquímicas en un bloque de almacenamiento utilizable manteniendo la supervisión, la conexión eléctrica, el control térmico y la facilidad de mantenimiento.
El sistema de gestión de baterías (BMS) opera en el nivel más cercano a la batería. Mide condiciones como la tensión y la temperatura de las celdas, estima estados como el estado de carga, equilibra las celdas cuando el diseño lo permite, comunica el estado de la batería y aplica límites de protección. El BMS no decide el propósito comercial del sistema. Su responsabilidad principal es mantener el funcionamiento de la batería dentro de los límites definidos para esa batería y esa arquitectura.
El sistema de conversión de potencia (PCS) controla la conversión eléctrica entre el lado de CC de la batería y el lado de CA utilizado por la mayoría de los edificios y las redes eléctricas. Durante la carga, convierte y controla la potencia que fluye hacia la batería. Durante la descarga, convierte la energía de CC almacenada en una salida de CA controlada. Según la arquitectura, los equipos de maniobra, los relés y las funciones de aislamiento asociados pueden estar dentro del PCS o en su entorno.
El sistema de gestión de energía (EMS) coordina la operación a un nivel superior. Puede programar la carga y la descarga según la producción solar, los precios de la electricidad, el perfil de carga de una instalación, una reserva de respaldo o las instrucciones de otro sistema de control. El EMS puede solicitar un punto de operación, pero esa solicitud debe ajustarse a los límites vigentes de la batería, el convertidor y el emplazamiento.
Una instalación completa también incluye los equipos auxiliares del sistema. Pacific Northwest National Laboratory describe un sistema de almacenamiento de energía como el bloque de almacenamiento más los equipos de apoyo, los equipos de potencia, los controles y las comunicaciones, y la integración del sistema. Según el proyecto, esto puede incluir cableado, equipos de maniobra, transformadores, medición, HVAC, protección contra incendios y un punto de conexión.
¿Cómo se carga y descarga un BESS?
La carga comienza cuando hay potencia eléctrica disponible de una fuente permitida, como la red o un sistema solar fotovoltaico. El PCS controla la conversión y el flujo de potencia hacia la batería. El BMS supervisa las condiciones de la batería y comunica o aplica los límites vigentes en ese momento. La energía se almacena mediante reacciones electroquímicas reversibles dentro de las celdas.
Cuando el sistema descarga, el proceso funciona en sentido inverso. La batería libera energía eléctrica de CC y el PCS la convierte a la forma requerida por el sistema de CA conectado. El EMS u otro controlador determina cuándo resulta útil descargar, mientras que los sistemas de protección siguen supervisando si la operación solicitada continúa siendo admisible.
El proceso no tiene una eficiencia perfecta. Se pierde energía en las celdas, la electrónica de potencia, el cableado y los sistemas auxiliares, como la gestión térmica. Por eso, la energía medida a la entrada de un BESS será mayor que la que este entregue posteriormente durante el mismo ciclo operativo.
El bucle de control también continúa mientras el sistema está funcionando. Una solicitud de descarga viable en un momento dado puede tener que reducirse si cambian la temperatura de la batería, el estado de carga, la capacidad del convertidor o una restricción del emplazamiento. Por tanto, la potencia de salida final es el resultado de una solicitud operativa limitada por lo que pueden admitir la batería, el PCS y el sistema conectado.
Para conocer con más detalle esta relación de control, consulte Cómo trabajan juntos PCS, BMS y EMS en un BESS.
Potencia, energía y duración son especificaciones diferentes
Los sistemas de baterías suelen describirse tanto por su potencia nominal como por su energía nominal.
- La potencia, medida en kilovatios o megavatios, describe con qué rapidez puede cargar o descargar el sistema en un momento dado.
- La energía, medida en kilovatios-hora o megavatios-hora, describe cuánta energía puede almacenar o entregar el sistema a lo largo del tiempo, dentro de los límites de medición y funcionamiento indicados.
Puede estimarse una duración simplificada dividiendo la energía utilizable entre la potencia de salida. Un sistema con 200 kWh de energía utilizable que alimenta una carga constante de 50 kW tiene una duración idealizada de cuatro horas. El funcionamiento real puede diferir porque el consumo auxiliar, las pérdidas de conversión, los ajustes de reserva, las cargas variables y los límites operativos reducen o modifican lo que está disponible en el punto de uso.
Esta distinción explica por qué una mayor energía nominal no hace automáticamente que un BESS sea más capaz en todas las aplicaciones. Un sistema diseñado para alimentar una carga elevada durante un periodo breve necesita un equilibrio entre potencia y energía distinto del de uno diseñado para alimentar una carga menor durante muchas horas.
¿Qué puede hacer un BESS?
Un BESS puede desplazar energía de un momento a otro. En una instalación solar, puede cargar cuando la generación supera la demanda inmediata y descargar más tarde cuando ha disminuido la producción solar. En una instalación comercial, puede reducir picos breves de demanda o coordinarse con la generación del propio emplazamiento. En una instalación con capacidad de respaldo, puede alimentar determinadas cargas durante un corte.
Esas aplicaciones no son propiedades automáticas de la capacidad de la batería. Cada una depende del diseño eléctrico del conjunto, los controles y el acuerdo operativo. El respaldo, por ejemplo, requiere un sistema que pueda desconectarse adecuadamente de la red, establecer una fuente eléctrica local apropiada o seguirla, y alimentar las cargas seleccionadas. Una batería cargada cuando comienza un corte no está necesariamente configurada para alimentar esas cargas.
Un BESS tampoco genera energía. Cambia el momento en el que está disponible la energía suministrada previamente, y cada ciclo de carga y descarga conlleva pérdidas. Tampoco un único componente garantiza el rendimiento de todo el sistema. Una batería capaz no puede compensar un PCS insuficientemente dimensionado, una interfaz de control incompatible o un diseño que no se ajuste a la carga y al objetivo operativo del emplazamiento.
Por tanto, la forma más útil de entender un BESS es como un sistema eléctrico coordinado. La batería almacena energía, el BMS supervisa la batería, el PCS controla la conversión de potencia, el EMS coordina el objetivo operativo y los equipos auxiliares del sistema conectan esas funciones con un emplazamiento real. El valor del sistema depende de lo bien que estén diseñados esos elementos para realizar el trabajo que se les exige.
