Aumenta la demanda de baterías solares para el respaldo energético en el hogar

Imagina este escenario: al caer la noche y fallar la red eléctrica, tu vecindario se sume en la oscuridad mientras tu casa permanece brillantemente iluminada, con los electrodomésticos funcionando y los sistemas de entretenimiento funcionando sin problemas. Esto no es ciencia ficción, es la realidad que hacen posible las baterías solares que trabajan en conjunto con los sistemas de almacenamiento de energía.

Las baterías de iones de litio, la fuente de energía detrás de los elementos esenciales del siglo XXI como teléfonos inteligentes, computadoras portátiles y vehículos eléctricos, ahora han surgido como la solución ideal para almacenar energía solar. Pero, ¿cómo almacenan y liberan energía exactamente las baterías solares? ¿Qué factores afectan su rendimiento? Este artículo examina el almacenamiento de energía residencial desde una perspectiva analítica, explorando los principios de funcionamiento, los modelos de aplicación y las estrategias de selección.

La función principal de las baterías solares es almacenar el exceso de electricidad generado por los paneles solares para su uso posterior. Esto asegura el acceso continuo a energía limpia incluso durante la noche o los días nublados. Dado que los sistemas solares más almacenamiento representan inversiones significativas, comprender su sinergia es crucial.

Cuando la luz solar incide en los paneles solares, el efecto fotovoltaico convierte la luz en energía eléctrica. Los paneles solares generan corriente continua (CC), que coincide con los requisitos de entrada para la carga de la batería. Sin embargo, los hogares y las redes eléctricas funcionan con corriente alterna (CA), lo que requiere conversión antes del uso doméstico.

Dos configuraciones principales del sistema manejan esta conversión de manera diferente:

• Sistemas acoplados a CC: La CC solar fluye directamente a las baterías para su almacenamiento o se convierte a CA a través de inversores integrados para uso doméstico inmediato.
• Sistemas acoplados a CA: La CC solar se convierte a CA inmediatamente a través de inversores solares para uso doméstico, con el exceso de energía convertido de nuevo a CC por inversores de batería para su almacenamiento.

Cada conversión entre CA y CC resulta en una pequeña pérdida de energía a través de la disipación de calor. Los sistemas acoplados a CC suelen ser más eficientes al minimizar los pasos de conversión. Sin embargo, la adaptación de baterías acopladas a CC resulta desafiante para los sistemas solares existentes con microinversores a nivel de panel.

Cuando las baterías alcanzan su capacidad máxima, el excedente de energía solar generalmente se alimenta a la red eléctrica local. La mayoría de las empresas de servicios públicos compensan a los propietarios de paneles solares por esta electricidad exportada a través de créditos de facturación.

Cuando la demanda doméstica requiere energía almacenada, los inversores de batería convierten la CC de nuevo a CA, distribuyendo energía a través del panel eléctrico de la casa. Las baterías de iones de litio modernas pueden descargar el 85-100% de la capacidad almacenada sin una degradación significativa de la vida útil, aunque la eficiencia del mundo real representa las pérdidas de conversión.

Las baterías solares operan principalmente en tres configuraciones: modo de energía de respaldo, modo de autoconsumo o combinaciones híbridas. Los patrones de uso determinan el comportamiento del sistema y las características de rendimiento.

Esta función bien conocida proporciona energía de emergencia durante las interrupciones de la red. A diferencia de los sistemas solares independientes que se apagan automáticamente durante las interrupciones (para la seguridad de los trabajadores de servicios públicos), los sistemas con respaldo de batería continúan funcionando.

Los sistemas de respaldo generalmente se conectan a paneles de carga críticos dedicados que priorizan los circuitos esenciales como refrigeración, iluminación, dispositivos médicos y sistemas de comunicación durante las interrupciones.

Esta estrategia de ahorro de costos maximiza el uso de energía solar al minimizar la interacción con la red, lo que es particularmente valioso para los usuarios que enfrentan políticas de medición neta desfavorables o tarifas de uso por tiempo. A diferencia de los sistemas de respaldo que mantienen la carga completa, las baterías de autoconsumo se ciclan diariamente, cargándose con el exceso solar y descargándose durante los períodos de demanda máxima.

Algunos sistemas combinan ambas funcionalidades, aunque con compensaciones operativas. Los patrones de autoconsumo suelen mantener estados de carga más bajos, lo que requiere el cambio manual al modo de respaldo al anticipar interrupciones debido a eventos climáticos extremos.

Las baterías solares de iones de litio operan según los mismos principios electroquímicos que sus contrapartes más pequeñas en la electrónica de consumo. Dentro de cada celda de batería, los iones de litio se desplazan entre los ánodos negativos y los cátodos positivos a través de membranas de electrolito, liberando electrones que generan corriente eléctrica.

Durante la descarga, los iones fluyen del ánodo al cátodo mientras los electrones alimentan los dispositivos externos. La carga invierte este proceso, con la energía solar forzando a los iones de vuelta al ánodo para restaurar el potencial energético. Las variantes comunes de iones de litio incluyen las químicas de níquel manganeso cobalto (NMC) y fosfato de hierro y litio (LFP), que difieren en la composición del cátodo.

• Las baterías domésticas permiten el almacenamiento estratégico de energía solar para un uso flexible
• Los modos operativos determinan los patrones de carga/descarga y las prioridades del sistema
• La tecnología de iones de litio aprovecha las reacciones electroquímicas para un almacenamiento eficiente de energía

Almacenan la generación solar excedente para su uso posterior, ya sea para respaldo de emergencia durante las interrupciones o para el ahorro diario de costos a través del autoconsumo estratégico.

Los sistemas conectados a la red generalmente exportan el excedente a la red de servicios públicos a cambio de créditos de facturación.

La duración depende de la capacidad de la batería y los requisitos de carga. La investigación indica que un sistema de 10 kWh puede mantener las cargas críticas (excluyendo HVAC) durante al menos tres días.