Proceso simplificado de dimensionamiento y selección del sistema de almacenamiento de energía

Un diagrama de flujo que muestra las entradas y salidas primarias del proceso de selección y dimensionamiento del almacenamiento de energía.

El sistema de almacenamiento de energía tiene un tamaño basado en los requisitos de energía diarios promedio del sistema. Los pasos preliminares de este proceso generan un tamaño en Ah sugerido para el sistema de almacenamiento de energía, pero luego es necesario determinar una configuración en serie y paralelo basado en las tensiones y tamaños de batería disponibles.

Premisas:

• Se utilizan baterías de plomo ácido.
• Las baterías se descargarán al 50% de profundidad de descarga.

Paso 1: Determinar el valor para el parámetro de días de autonomía

El parámetro de días de autonomía determina la cantidad de días que el sistema podrá satisfacer las necesidades energéticas sin carga de ningún tipo. Un día de autonomía proporciona suficiente capacidad de almacenamiento de energía para proporcionar energía para las cargas del análisis de cargas simplificada durante un día sin ninguna carga adicional. Cada día de autonomía adicional agrega un día adicional de capacidad de almacenamiento de energía. Por ejemplo:

• Un batería de plomo ácido de 205 Ah x 1 día de autonomía = 205 Ah
• Un batería de plomo ácido de 205 Ah x 2 días de autonomía = 410 Ah
• Un batería de plomo de 205 Ah x 3 días de autonomía = 615 Ah

El valor que se elige para este parámetro depende en gran medida de la variabilidad del análisis del tiempo y recurso solar simplicada, el uso previsto del sistema y el presupuesto. Casi siempre es preferible tener almacenamiento adicional, por lo tanto, el presupuesto a menudo se convierte en la restricción principal. Hay varias consideraciones que intervienen en la determinación del valor que es apropiado para un diseño en particular:

• Si un sistema está diseñado para una ubicación donde el clima y el recurso solar simplicada es muy variable, se debe aumentar el valor de los días de autonomía.

• Si un sistema está destinado a proporcionar energía en una ubicación donde los usuarios ajustarán su consumo de energía de acuerdo con el clima o si se usa con poca frecuencia, se pueden incorporar al sistema menos días de autonomía. Un valor de 2 días de autonomía puede ser apropiado en estos casos siempre que haya una fuente FV de tamaño suficiente o una forma adicional de generación.

• Si un sistema está destinado a proporcionar energía en un lugar que debe funcionar continuamente, como en una clínica de salud, se recomienda que se incorpore una cantidad significativa de días de autonomía al sistema o que se agrega una forma adicional de generación, como un generador, al sistema. Un sistema de almacenamiento de energía con 5-7 días de autonomía para una clínica de salud a menudo será de tamaño considerable, difícil de cargar correctamente y costoso. Por lo tanto, se debe considerar un generador de respaldo en este caso.

• El valor de días de autonomía que se elija se utilizará para dimensionar el sistema de almacenamiento de energía para satisfacer la demanda de energía cuando el sistema sea nuevo, pero la capacidad de almacenamiento disminuirá gradualmente con el tiempo. Por lo tanto, es una buena idea sobredimensionar el sistema de almacenamiento de energía para tener esto en cuenta.

Paso 2: Determinar el valor de Ah mínimo

Utilizando el cuadro a continuación, encuentre el valor Ah mínimo recomendado basado en la tensión de CC del sistema y los vatios-hora requeridos al día. Las celdas resaltadas en rojo no son configuraciones recomendadas; se debe usar una tensión de CC del sistema más alta o más baja. Las celdas resaltadas en amarillo son configuraciones cuestionables; se debe considerar una tensión de CC del sistema más alto o más bajo. Estas recomendaciones se basan en los tamaños de batería comúnmente disponibles, la disponibilidad del equipo y la mejor práctica de utilizar un número reducido de circuitos de batería en paralelo (se recomienda un máximo de 3).

Paso 3: Ajustar el valor de Ah mínimo por la temperatura mínima

El valor mínimo de Ah (paso 2) debe ajustarse por la temperatura mínima que alcanzarán las baterías durante el funcionamiento. La temperatura de las baterías de plomo-ácido tiene un efecto significativo sobre el rendimiento. Cuando las baterías de plomo-ácido alcanzan una temperatura inferior a 25°C, su capacidad utilizable comienza a disminuir. Esto puede provocar que las baterías se descarguen profundamente y se dañen, por lo que el tamaño del sistema de almacenamiento de energía debe ajustarse para garantizar que haya suficiente energía disponible a la temperatura interior mínima esperada para la ubicación. Este valor es solo una estimación que permite aumentar el tamaño del sistema de almacenamiento de energía para tener en cuenta las temperaturas más bajas. Factores de corrección de temperatura para varios tipos de baterías a diferentes temperaturas:

Temperatura	FLA	AGM	Gel
25°C	1.00	1.00	1.00
20°C	1.06	1.03	1.04
15°C	1.13	1.05	1.07
10°C	1.19	1.08	1.11
5°C	1.29	1.14	1.18
0°C	1.39	1.20	1.25
-5°C	1.55	1.28	1.34
-10°C	1.70	1.35	1.42

Ah mínimo requerido ajustado por temperatura	= Valor de Ah mínimo (Step 2) × Factor de corrección de temperatura

Paso 4: Determinar la tensión de la batería, clasificación de Ah y configuración de cableado

Elija una batería según lo que esté disponible en el mercado para continuar con el diseño. Las baterías de plomo-ácido están comúnmente disponibles en diseños de 2 V, 4 V, 6 V, 12 V que se pueden cablear en serie para lograr una tensión de CC del sistema de 12 V, 24 V o 48 V. Consulte Cableado de la batería para obtener más información sobre cómo configurar correctamente un sistema de almacenamiento de energía. Con sistemas pequeños, las baterías de 12 V son el estándar, pero a medida que aumenta el tamaño del sistema, las tensiones de batería más bajas conducen a más almacenamiento con menos cadenas paralelas, lo cual es un mejor diseño. Las baterías de ciclo profundo con tensiones por debajo de 12 V pueden ser difíciles de encontrar en algunos lugares.

Batterias en serie	= La tensión de CC del sistema ÷ La tensión de batería elegida

Las baterías de plomo-ácido están disponibles en una variedad de clasificaciones Ah. Se pueden cablear en paralelo para lograr el Ah total deseado de almacenamiento para el sistema. El resultado de este cálculo debe redondearse hacia arriba, lo que significa que si el número de cadenas paralelas fuera más de 1, entonces se requieren 2 cadenas paralelas. La otra opción sería utilizar una batería con una clasificación de Ah más alta.

Número de circuitos de batería en paralelo	= Ah mínimo requerido ajustado por temperatura (Paso 4) ÷ Clasificación de Ah elegida

Paso 5: Calcular capacidad de Ah final

La capacidad final de Ah del banco de baterías es la clasificación de Ah de la batería elegida multiplicada por el número de cadenas paralelas. Este valor es importante para otros cálculos en el proceso de diseño.

Capacidad final de Ah	= Número de circuitos de batería en paralelo (Paso 4) × Clasificación de Ah eligida (Paso 4)