El almacenamiento en baterías es el segmento de mercado de más rápido crecimiento en el ámbito de la energía solar, lo que crea nuevos mercados y oportunidades de expansión de las instalaciones solares en todo Estados Unidos para proyectos renovables grandes y pequeños. Las baterías permiten a la instalación solar maximizar el ahorro en la factura eléctrica y proporcionar energía de reserva durante los cortes de la red. Todas las instalaciones solares sin conexión a la red incluyen una batería, pero cada vez más clientes conectados a la red también las consideran valiosas. La independencia energética nunca ha sido tan fácil de conseguir, incluso cuando la vivienda sigue conectada a la red.
¿Valen la pena las baterías domésticas?
El almacenamiento en baterías residenciales es necesario para que una casa con energía solar siga funcionando durante los cortes de la red y también funcione por la noche. Pero además, las baterías solares mejoran la economía del sistema al almacenar la electricidad solar que, de otro modo, se vendería a la red con pérdidas, sólo para redistribuirla en los momentos en que la electricidad es más cara. El almacenamiento de la batería en el hogar protege al propietario de la energía solar de los cortes de la red y protege la economía del sistema frente a los cambios en las estructuras de las tarifas de las compañías eléctricas.
Los clientes que reciben terribles tarifas de recompra por parte de la compañía eléctrica necesitan almacenamiento de electricidad para el hogar para que sus sistemas sean rentables. Pero los clientes con medición neta y buenas tarifas de recompra siguen utilizando baterías para los cortes de la red, y pueden encontrar un beneficio económico en el abandono de las tarifas solares con medición neta por estructuras de tarifas variables que recompensan el consumo fuera de las horas punta, como la carga de vehículos eléctricos por la noche a bajo precio. Los mercados sin medición neta pueden por fin tener una energía solar económica, y los clientes con medición neta no necesitan comprar baterías de tamaño fuera de la red para mantener las luces encendidas durante los cortes de la red.
Los propietarios de viviendas esperan que sus paneles solares funcionen durante los cortes de electricidad, y añadir una batería garantiza que se satisfagan las expectativas del cliente. También protege al cliente frente a futuros cambios en las estructuras de las tarifas eléctricas.
¿Cuánto cuesta una batería solar doméstica?
Los proyectos de almacenamiento de baterías en el hogar comienzan a partir de 20.000 dólares y pueden ser más caros a partir de ahí. Si se añade la energía solar, el coste de un sistema de almacenamiento de baterías solar de calidad, realizado por profesionales con licencia, puede empezar en 35.000 dólares y superar los 100.000 dólares para toda la casa sin conexión a la red. Comprender adecuadamente el diseño del sistema de baterías es fundamental para realizar un proyecto que satisfaga las expectativas del cliente dentro del presupuesto.
Battery projects can be very economic when the utility provides an extremely variable rate structure, such as a high kW demand charge or a <5 hour time-of-use peak electric rate. However, do not discount the value of home energy storage in rural areas where electricity costs might be low, but power outages are somewhat frequent. Likewise, retirees planning to live at home rather than in assisted living facilities want backup power, at least for refrigerators, internet, and a handful of outlets in the kitchen and bedroom. So while some battery projects can outperform solar in terms of economics, other customers are willing to accept longer paybacks for projects with batteries compared to those without.
Factores a tener en cuenta para el almacenamiento de baterías en casa
No todas las tecnologías de almacenamiento de baterías son iguales: esta sección y cada uno de los subapartados que aparecen a continuación deberían explicar lo que merece la pena tener en cuenta a la hora de determinar qué tecnología de baterías elegir para su hogar.
Muchos sistemas de almacenamiento de baterías de litio para el hogar tienen una garantía de diez años, pero no todos cuentan con una garantía de rendimiento que permita realizar ciclos diarios completos dentro del plazo de garantía. Es especialmente importante para los usuarios con estructuras de tarifas variables o para los que no disponen de medición neta poder utilizar su batería a diario, en lugar de hacerlo únicamente como respaldo. Asimismo, los ciclos de la batería son difíciles de controlar, por lo que una garantía de rendimiento basada en kilovatios hora es una garantía mejor definida.
El aspecto de la seguridad contra incendios también es importante: el fosfato de hierro y litio arde a una temperatura mucho más alta que el cobalto de litio. La mayor duración y la mayor seguridad contra incendios son las principales razones por las que se prefiere el fosfato de hierro y litio al cobalto de litio.
La facilidad de instalación también es importante. Una batería más grande puede eliminar la necesidad de combinar baterías más pequeñas en el campo. Pero las baterías más pequeñas ofrecen opciones de instalación más flexibles, lo que puede justificar el mayor coste de instalación.
Gestión inteligente de la energía
La llegada de las nuevas tecnologías del mercado energético, como Lumin, han introducido un nuevo hardware que puede conectarse a cualquier sistema eléctrico. Los "circuitos inteligentes" como Lumin pueden beneficiar a cualquier sistema de baterías doméstico, especialmente a uno tan robusto como el de Fortress, en el que el respaldo de las baterías de toda la casa puede hacerse realidad haciendo que los circuitos que alimentan las baterías sean más inteligentes.
Las baterías con diez años de garantía están protegidas contra una variedad de situaciones de irrupción y sobrecorriente, así como contra la fluctuación de voltajes, a través de su sistema interno de gestión de baterías. En última instancia, la batería debe tener el tamaño correcto tanto para la capacidad total de almacenamiento como para el consumo instantáneo de energía, a fin de garantizar un rendimiento fiable a largo plazo. Un error de diseño común es poner una batería demasiado pequeña en una carga demasiado grande, como cuando se diseña un sistema de respaldo de corta duración para toda la casa.
El panel inteligente de Lumin añade la inteligencia necesaria para disminuir la carga máxima coincidente, por ejemplo, permitiendo al cliente utilizar un calentador de agua de depósito eléctrico sólo cuando el aire acondicionado o la lavandería están desconectados. Sin esa inteligencia, las cargas deben sumarse al determinar la capacidad de salida del inversor, lo que aumenta el tamaño mínimo del banco de baterías. El código eléctrico exige que los sistemas de energía de reserva sean capaces de alimentar de forma fiable el sistema que suministran, por lo que añadir un control de carga inteligente a una vivienda permite conectar más carga al sistema de energía de reserva. Y las ventajas se extienden al funcionamiento conectado a la red, ya que permite que las mismas cargas coincidan mejor con las tarifas de uso fuera de horas punta, así como con las horas de producción solar. En resumen, si se añade el control de la carga a la energía solar más el almacenamiento, se obtiene un sistema completo de gestión de la energía.
kWh Capacidad de almacenamiento
Aunque el hogar medio de EE.UU. utiliza 11 MWh de energía al año, la cantidad real varía considerablemente en función de la ubicación, el tamaño de la vivienda y si ésta es o no 100% eléctrica. En general, se necesita un mínimo de 2 kwh de almacenamiento por cada 1 kW de capacidad de salida del inversor de baterías, aunque esta proporción puede reducirse con sistemas de comunicación de baterías de "bucle cerrado", así como con un control inteligente de la carga, sobre todo en los sistemas residenciales más grandes. Gestionar la carga de forma inteligente puede suponer una diferencia de más de diez mil dólares en el tamaño mínimo del banco de baterías para grandes sistemas residenciales de respaldo de toda la casa.
Para los clientes con presupuestos limitados, hay que entender que un inversor de 8kW no puede alimentar una unidad de aire acondicionado de 10kW. Aunque la unidad sólo consuma 3kW durante el funcionamiento normal, si tiene una potencia nominal de 10kW, en algún momento consumirá 10kW de energía (como cuando se descongela la unidad interior durante los periodos de mayor uso en verano). Incluso si se apilan dos inversores de 8kW para proporcionar 16kW de potencia, puede ser fácil sobrecargar un panel de respaldo. Los depósitos de agua caliente suelen tener 8kW, por lo que un depósito de agua caliente y una unidad central de aire acondicionado no podrían compartir un panel de reserva de 16kW sin que se instalara un gestor de energía inteligente. Para evitar un proyecto costoso, el cliente debe priorizar las cargas críticas en lugar de buscar la energía para toda la casa, pero la gestión inteligente de la carga permite conectar más cargas al panel de cargas críticas sin sobrecargar el inversor. Aunque la mayoría de los clientes quieren tener facturas de electricidad cero y una capacidad 100% fuera de la red, la mayoría de los hogares solares consumen 30 kwh de electricidad cada día, ¡o más! La mayoría de los hogares sin conexión a la red también necesitan varios días de almacenamiento. Sin embargo, la mayor parte del almacenamiento de energía doméstica conectada a la red está pensada para cortes de corta duración, o de mayor duración con cargas reducidas. Un gestor de energía inteligente puede equilibrar la demanda del cliente para la mayor cantidad de dispositivos que se protegen en el circuito de reserva, a la vez que permite tamaños de batería más pequeños que resultan económicos.
Instalación exterior o interior
Las baterías pueden degradarse por la exposición a la humedad, el polvo y las temperaturas extremas. Sin embargo, las limitaciones de espacio pueden obligar a instalar las baterías en el exterior. Por suerte, el almacenamiento de energía en el hogar puede instalarse tanto en el interior como en el exterior.
Cuando se instala en el exterior, es importante tener en cuenta la clasificación ambiental de la propia batería. Aunque los instaladores deben hacer lo posible para proteger la batería, una clasificación IP65 significa que la batería puede tolerar el rociado directo de agua y ser instalada en un lugar polvoriento. Cuando se instala en interiores, los lugares protegidos dentro del garaje pueden ofrecer un acceso fácil para las baterías más grandes, mientras que las baterías más pequeñas son más flexibles para el montaje en la pared en lugares de difícil acceso, como los sótanos.
Coste de la batería doméstica
Sabemos que a veces el coste por Kwh puede primar sobre los demás beneficios y aspectos del almacenamiento de baterías en el hogar: explique qué debe tenerse en cuenta a la hora de determinar los costes frente a lo que aporta el producto.
El coste de las baterías de litio puede estimarse en base a las hojas de especificaciones, pero otros valores a tener en cuenta a la hora de comprar una batería son la garantía y el soporte técnico. La mayoría de los instaladores de energía solar confían en que las garantías de los módulos solares no se utilicen nunca, ya que activar la garantía de un módulo solar puede ser una molestia logística. Pero el presupuesto de la tecnología de almacenamiento de la batería puede ser más del doble del coste de los paneles solares, comparativamente. Considere la posibilidad de llamar por teléfono al departamento de asistencia técnica del fabricante de baterías antes de iniciar el proyecto, para realizar una rápida evaluación del diseño propuesto y valorar el nivel de servicio que recibirá si alguna vez necesita activar la garantía de la batería. La capacidad de servicio de la propia batería también puede ser importante. Si un componente del sistema de gestión de la batería falla, ¿puede ser reparado por un instalador o habrá que enviar toda la batería al fabricante? Recuerde que una garantía de diez años requiere un fabricante que ofrezca un tiempo de respuesta rápido a los problemas de servicio.
Eficiencia energética
Las baterías de plomo-ácido son demasiado costosas para el ciclo diario, debido a las ineficiencias de funcionamiento. El litio es una tecnología más eficiente, con pérdidas asociadas a la carga y descarga inferiores al 2%. Curiosamente, la eficiencia en un sistema fuera de la red no es increíblemente importante, ya que se necesita una cantidad excesiva de producción y capacidad de almacenamiento de energía en el hogar para alimentar el sistema de forma fiable. La eficiencia es mucho más importante para las baterías de uso diario conectadas a la red porque la economía del sistema es más importante.
Selección de un sistema de almacenamiento de baterías para el hogar
Nunca ha habido más opciones para la química de las baterías o el diseño del almacenamiento de energía en el hogar. El plomo-ácido, el pilar histórico de los sistemas de baterías fuera de la red, se enfrenta a la dura competencia de múltiples químicas de baterías de litio. Mientras tanto, las nuevas aplicaciones de baterías conectadas a la red ya han eclipsado el tamaño del mercado de las baterías aisladas. Dado que las baterías son la parte más cara de una batería solar residencial y que los nuevos productos se desvían del diseño tradicional fuera de la red, es importante comprender las distintas opciones de diseño para satisfacer las expectativas del cliente dentro del presupuesto del proyecto. He aquí algunos de los principales factores a tener en cuenta.
1. Tecnología de baterías de iones de litio
Las baterías de litio hierro fosfato se están convirtiendo en un estándar de almacenamiento en la industria debido a su mayor longevidad y seguridad en comparación con la generación anterior de baterías de litio cobalto. Los propietarios de viviendas que deseen tranquilidad en cuanto a la seguridad contra incendios, así como una batería que pueda utilizarse todos los días con una garantía de 10 años para reducir la factura eléctrica, deberían elegir esta química de batería en lugar del plomo-ácido o el litio-cobalto. Fortress Power Blue Planet, Discover y Simpliphi son fabricantes populares de estas baterías. Aunque todos estos fabricantes utilizan la química del fosfato de hierro y litio, sus productos pueden diferenciarse aún más por el precio, las garantías de rendimiento en kilovatios hora, la calidad del sistema de gestión de la batería, la clasificación de las carcasas, la logística de la cadena de suministro y la disponibilidad de asistencia técnica.
En comparación con otros productos químicos, una batería de litio y fosfato de hierro ofrece los siguientes valores:
- Eficiencia: La carga y descarga de la batería tiene una eficiencia de ciclo total del 98% mientras se carga y descarga rápidamente en plazos de menos de 2 horas - o incluso más rápido para una vida reducida.
- Capacidad de almacenamiento: Los paquetes de baterías de fosfato de hierro y litio individuales pueden superar los 18 kilovatios hora, lo que puede reducir o eliminar el balance adicional del material del sistema utilizado para combinar las baterías. Pero también hay baterías más pequeñas para los sistemas de baterías portátiles.
- Coste de la batería: El fosfato de litio y hierro tiende a costar más que el cobalto de litio, pero suele tener un coste de ciclo más bajo debido a su mayor longevidad
2. Almacenamiento de baterías de plomo-ácido
Las baterías de plomo-ácido han sido la tecnología tradicional de almacenamiento de baterías en el hogar para vivir fuera de la red con varios días de almacenamiento, pero tienen una vida más corta y son más costosas de usar que las baterías de litio. Hay una amplia selección de baterías de plomo-ácido disponibles a diferentes precios, hechas por fabricantes como Hawker, Crown, Trojan, Rolls y Deka.
Estas son algunas características comunes:
- Eficiencia: Las baterías de plomo-ácido son menos eficientes que las de litio. Aunque la eficiencia depende de la velocidad de carga, se suele asumir una eficiencia de ida y vuelta del 85%.
- Capacidad de almacenamiento: Las baterías de plomo-ácido vienen en una variedad de voltajes y tamaños, pero pueden pesar de 2 a 3 veces más que el fosfato de hierro-litio por kilovatio-hora, dependiendo de la calidad de la batería.
- Coste de la batería: Las baterías de plomo-ácido son aproximadamente un 75% más baratas que su equivalente de litio-fosfato de hierro, pero no te dejes engañar por su menor coste. Las baterías no pueden cargarse o descargarse rápidamente, tienen una vida útil más corta, carecen de sistemas de gestión de baterías de protección y pueden requerir un mantenimiento semanal. Todo ello se traduce en unos costes totales por ciclo más elevados de lo que resulta práctico para reducir una factura eléctrica o soportar cargas de aparatos pesados.
3. Sistema de almacenamiento acoplado a la CA
Los sistemas de almacenamiento acoplados a la CA son aquellos en los que el conjunto solar tiene un inversor separado de la batería. Esto puede ser una gran solución para la adaptación a las casas existentes con matrices solares que carecen de. Aunque el acoplamiento de CC tiene sus ventajas (y puede hacerse junto con el acoplamiento de CA), una de las ventajas del acoplamiento de CA es que la vivienda puede utilizar la energía combinada del campo solar y el inversor de la batería durante el día. SolArk, Schneider, SMA, Outback y Magnum fabrican inversores que admiten configuraciones de acoplamiento de CA.
Estos inversores de baterías comparten lo siguiente:
- Eficiencia: La eficiencia de los inversores de baterías oscila entre el 93% y el 97%, dependiendo de si el inversor incluye o no un transformador. Aunque los inversores sin transformador son más eficientes y menos costosos, un transformador puede ser útil para regular la calidad de la energía en los sistemas sin conexión a la red.
- Capacidad de almacenamiento: Muchos de los sistemas anteriores son "apilables", lo que significa que los inversores pueden gestionar cientos de kilovatios hora de almacenamiento y combinarse para dar servicio incluso a grandes cargas eléctricas comerciales. El banco de baterías suele estar dimensionado para hacer funcionar el inversor a plena capacidad durante dos horas, normalmente.
- Coste del inversor: los inversores de batería cargan y descargan, mientras que los inversores solares sin batería sólo impulsan la energía en una dirección (hacia fuera del conjunto solar). Esto significa que los inversores de batería cuestan casi el doble que los inversores solares. Algunos inversores de batería son "todo en uno", que combinan el campo solar y la batería, lo que puede suponer un ahorro de costes en las nuevas construcciones.
4. Sistemas de baterías acopladas a la corriente continua
Los sistemas de baterías con acoplamiento de CC utilizan reguladores de carga de CC para cargar las baterías desde el conjunto solar, en lugar de inversores con acoplamiento de CA. Este ha sido el método tradicional de carga de la energía solar fuera de la red. Dado que los reguladores de carga están conectados directamente entre el campo solar y la batería, ésta puede cargarse sin el inversor, lo que resulta útil si la batería se descarga hasta el punto de no poder alimentar el inversor para iniciar un proceso de carga de CA. Aunque también se puede utilizar un generador de reserva para evitar este escenario, el acoplamiento de CC sigue siendo popular por su tradicional simplicidad. También puede utilizarse junto con el acoplamiento de CA. Los controladores de carga son fabricados por Morningstar y Midnite, así como por los fabricantes de inversores de baterías Schneider, Outback y Magnum.
Los sistemas acoplados de CC pueden ser útiles para:
- Eficiencia: Los controladores de carga tienen eficiencias de hasta el 99%, por lo que estos sistemas de baterías suelen ser más eficientes energéticamente que las soluciones acopladas a la CA
- Capacidad de almacenamiento: Aunque la mayoría de los reguladores de carga pueden manejar baterías de almacenamiento doméstico de varias capacidades, puede ser difícil encontrar un regulador de carga que se ajuste a la especificación de diseño de 600V de la mayoría de los paneles solares residenciales, que luego se convierte en la capacidad de 48V de la mayoría de los bancos de baterías residenciales.
- Coste del regulador de carga: Técnicamente, los reguladores de carga deberían ser más baratos que los inversores solares, lo que implica que el acoplamiento de CC es más barato que el de CA. Sin embargo, los fabricantes de inversores solares tienen mayores volúmenes de producción que los fabricantes de reguladores de carga, por lo que el coste real de cualquiera de las dos opciones es prácticamente el mismo y se convierte en una cuestión de preferencia del instalador. Los inversores de baterías "todo en uno" llevan incorporados los reguladores de carga, por lo que suelen ser la opción más económica para una batería solar.
¿Qué batería residencial es la mejor para su casa?
Independientemente de si el sistema utiliza un acoplamiento de CA o CC (o ambos), las baterías de litio son el claro líder del mercado de los sistemas de almacenamiento de energía conectados a la red, y están sustituyendo a las baterías de plomo-ácido también en las instalaciones fuera de la red. Aunque el bajo coste de las baterías de plomo-ácido puede ser tentador, su rendimiento inferior con cargas pesadas y en estados de carga bajos puede dar lugar a problemas de calidad de la energía y de mantenimiento, creando problemas para los propietarios de las viviendas precisamente cuando más se necesita la electricidad.
Los fieles a la red que han tenido un gran éxito con los grandes bancos de baterías de plomo-ácido deberían considerar los méritos de unas baterías de litio-fosfato de hierro más pequeñas y aprovechar los generadores de reserva durante el tiempo nublado. Pero los propietarios de viviendas conectadas a la red que deseen un funcionamiento sin mantenimiento, facturas eléctricas más bajas y una garantía de 10 años encontrarán una mejor opción en la química de las baterías de litio-hierro, incluso si deben ser selectivos en cuanto a las cargas que respaldan para los cortes de red de corta duración.
Fortress Power es uno de los principales fabricantes de baterías de almacenamiento de energía del mundo, apasionado por el almacenamiento de energía limpia fiable y de alta calidad.
