En el camino cara la All Electric Society, los sistemas de almacenaje de energía para las energías renovables desempeñan un papel vital. Un suministro de energía estable solo se garantiza si la volatilidad de las fuentes puede compensarse a través de sistemas de almacenaje suficientemente dimensionados y fiables.
La confiabilidad de estos sistemas de almacenaje depende, en especial, de la tecnología de conexión eléctrica usada en todos y cada uno de los niveles. Este informe describe el diseño propio de un sistema de almacenaje de energía eléctrica usando un sistema de baterías como un ejemplo, y se centra primordialmente en el flujo de energía y también información entre los diferentes niveles de este sistema (imagen primordial).
Diseño habitual del sistema de almacenaje de energía
Por lo general, un sistema de almacenaje de energía eléctrica basado en baterías galvánicas tiene un diseño modular (Imagen dos). Con ajustes y solo ciertas restricciones, este principio puede usarse tanto en grandes sistemas de almacenaje de múltiples megavatios-hora como en sistemas de almacenaje familiares más pequeños, de diez kilovatios-hora. El factor básico es la celda de la batería, múltiples de las que se conectan paralelamente o bien en serie para formar bultos que aumenten la corriente y la tensión (imagen tres). Las primeras conexiones eléctricas se hallan en este nivel tan básico. Acá se usan, en la mayor parte de los casos, tecnologías de soldadura, o sea, conexiones permanentes.
El módulo de la batería
Si se integra un elevado número de celdas en una carcasa, se llama módulo de almacenaje. Está controlado y controlado por un sistema electrónico, conocido como módulo BMS, que es la abreviatura de Battery Management System.
El sistema electrónico controla y controla los procesos de carga y descarga de las celdas de la batería. Acá se miden las corrientes y tensiones de los diferentes conjuntos de celdas y se ajustan a fin de que todas y cada una de las celdas se carguen o bien descarguen de la forma más uniforme posible. Esto se llama equilibrado. Para permitir el equilibrado, ha de ser posible supervisar cada uno de ellos de los conjuntos de celdas individuales conectadas paralelamente separadamente. Aparte de las 2 conexiones -positiva y negativa- para la corriente de carga/descarga, el módulo BMS asimismo dispone de un elevado número de conexiones para los conjuntos de celdas individuales
(véase la imagen tres).
Toda la información sobre el estado del módulo de la batería -como el estado de carga- es procesada por un sistema lógico y puesta a predisposición en forma de datos digitales. En consecuencia, cada módulo BMS asimismo precisa un interfaz de datos. Las conexiones de datos y de nutrición se dirigen desde las placas de circuito impreso del BMS hasta la carcasa del módulo. En un caso así, se acostumbran a usar conexiones por tornillo para las conexiones de nutrición, al paso que para el interfaz de datos se usa eminentemente un término enchufable.
Conexión de los módulos de baterías en un rack
La tensión de un módulo de baterías individual acostumbra a estar en un rango de entre veinticuatro V y noventa y seis V. No obstante, la tensión del sistema acostumbra a ser considerablemente más alta. Por esta razón, múltiples módulos de baterías se conectan en serie y, en la mayor parte de los casos, se integran físicamente en los pertinentes racks (véase la imagen dos).
Para esto, se emplean cables flexibles con terminales de cable circulares entre las mentadas conexiones por tornillo, y el instalador debe fijar cada una de ellas. Además de esto, los módulos individuales asimismo se conectan entre sí para la comunicación de datos, lo que quiere decir que cuando menos una línea de datos se dirige desde cada módulo al siguiente.
Cada rack incluye asimismo un supervisor, conocido como BMS de rack. El BMS de rack está desarrollado como un módulo slot-in auxiliar y está conectado a sus módulos de batería asignados por medio de conexiones de nutrición. Se usa un interfaz de nutrición auxiliar para conectar el rack con el sistema de nivel superior. El BMS de rack tiene múltiples interfaces de datos para el tráfico de exactamente los mismos. Además de esto,
el BMS de rack acostumbra a tener múltiples entradas para la tecnología de sensores. Desde los interfaces externos de la carcasa del BMS de rack,
las conexiones se dirigen interiormente a múltiples placas de circuito impreso, donde se atornillan, se sueldan, se enchufan o bien se conectan eléctricamente de alguna otra forma.
El sistema de almacenaje de energía
En dependencia de la escala, se integran múltiples racks de almacenaje para formar un sistema de nivel superior. Este asimismo tiene su supervisor para supervisar los procesos de carga y descarga y para comunicarse con el planeta exterior. Además de esto, en el nivel del sistema se incluyen equipos de climatización, como sensores de incendios y equipos de extinción de incendios. Este nivel acostumbra a incluir contenedores en los que guardarropas de control convenientes efectúan las diferentes labores.
Acá asimismo juegan un papel vital una multitud de conexiones eléctricas diferentes, así como los componentes del sistema y la conexión externa del sistema de almacenaje. Frecuentemente, la percepción es que solo hay que tener en consideración los flujos de energía, mas esto no es cierto. Solo la conexión digital del sistema de almacenaje a la red, al sistema solar de nutrición o bien al generador eólico, y a las cargas activas a gran escala con opción de retroalimentación ,hacen posible el empleo eficaz de un sistema de almacenaje de energía.
Posibles fallos de la tecnología de conexión y sus consecuencias
El número de fallos potenciales en la tecnología de conexión es completamente manejable. La probabilidad de que se generen fallos depende primordialmente de la calidad de los componentes empleados y del diseño, de la pertinencia de la tecnología para la aplicación y de la cualificación del usuario. Un requisito esencial para eludir fallos en los sistemas electrónicos complejos es un diseño conveniente del dispositivo. Esto empieza con el dimensionamiento de la tecnología de conexión en concepto de intensidad de corriente y tensión eléctrica y sigue con la consideración de los requisitos ambientales y los grados de protección. Estas consideraciones manifiestan que pueden generarse efectos de corrosión en las conexiones eléctricas si están expuestas regularmente o bien incesante a la humedad. Los conectores con protección IP
-desde IPX5 hasta IPX9- son útiles en un caso así.
El empleo de terminales de cable circular con pernos roscados y tuercas, no es extraño que suponga una fuente de fallos en las conexiones de nutrición.
Debido a las vibraciones, o bien sencillamente pues los pernos no están apretados o bien no cumplen las directivas, se generan mayores resistencias de contacto. En el peor caso, esto provoca un incendio y, por consiguiente, la destrucción total del sistema (imagen cuatro).
Optimización de costos
El fallo o bien aun la destrucción completa de un sistema de almacenaje de energía debido a un fallo es el peor escenario posible. Tanto el dueño como el fabricante, instalador o bien operador responsable padecen un daño notable como resultado. No obstante, los diseños que no son perfectos o bien los estados del sistema, asimismo pueden ocasionar costos ocultos que son simples de eludir en la mayor parte de los casos.
Los conectores de nutrición externa de un módulo de baterías se emplean acá como un ejemplo. Aun una conexión apropiadamente desarrollada y de conformidad con la directiva puede provocar pérdidas de más de mil kWh por módulo durante su vida útil. Esto aumenta en proporción directa a la resistencia del contacto. Las conexiones deficientes que no se identifican pueden provocar de forma rápida pérdidas de múltiples megavatios-hora o bien múltiples cientos y cientos de euros por módulo. A nivel de sistema, esto se traduce en pérdidas económicas del orden de cien euros debido al elevado número de módulos. La inversión inicial en un conector de mayor calidad se amortiza de forma rápida en un caso así.
Asimismo hay que tomar en consideración el ahínco que supone la fabricación del sistema de almacenaje. Por servirnos de un ejemplo, puede resultar atrayente reemplazar la conexión soldada de una conexión de sensores en la placa de circuito impreso del módulo BMS por una pinza de resorte de simple manejo ,por motivos de automatización. Con este enfoque, al montar los bultos de baterías, los sensores pueden ponerse en un proceso automatizado, y las 2 líneas de sensores se introducen manualmente y sin precisar herramientas al montar el módulo. A resultas de la mejora en la accesibilidad, cabe aguardar un esencial ahorro de tiempo y, por lo tanto, de costos..
Resumen
El diseño, la calidad y el empleo adecuado de la tecnología de conexión en los sistemas de almacenaje de energía son definitivos para el costo, la confiabilidad y la eficacia de estos sistemas. Un compromiso que al comienzo semeja poco costoso conduce con demasiada frecuencia a elevados costos de funcionamiento y a fallos del sistema. En consecuencia, es muy ventajoso confiar siempre y en todo momento en fabricantes cualificados en el momento de diseñar la tecnología de conexión en todos y cada uno de los niveles de un sistema de almacenaje de energía y confiar en su experiencia. Con su extensa gama, Phoenix Contact es capaz de suministrar todos y cada uno de los conectores precisos para los sistemas de almacenaje de energía.
Al fin y a la postre, la visión de la All Electric Society solo puede hacerse realidad con componentes fiables.
Tendencia de la revolución energética: Capacidad de reciclar los sistemas de almacenaje de energía
Los fabricantes de sistemas de almacenaje de energía se esmeran poco a poco más por acrecentar la capacidad de reciclaje de sus sistemas. Asimismo en un caso así, una selección conveniente de la tecnología de conexión a lo largo de la fase de diseño del sistema puede contribuir a acrecentar su vida útil y a facilitar sensiblemente la capacidad de reciclaje. En un caso así, solo consideraremos uno de los múltiples interfaces eléctricos como un ejemplo, y es la conexión de las celdas individuales de la batería. Si se utilizara una tecnología de conexión press-in en vez del proceso de soldadura que es frecuente en nuestros días, sería considerablemente más simple substituir cualquier celda imperfecta. Al desmontar y volver a usar los módulos de almacenaje retirados, las celdas asimismo pueden extraerse de manera fácil, examinarse y, de ser posible, volver a utilizarse en aplicaciones opciones alternativas.
