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 para el sistema y varios parámetros clave. Los primeros 5 pasos de este proceso generan un tamaño Ah sugerido para el sistema de almacenamiento de energía, pero luego es necesario determinar una configuración en serie y en paralelo en función de las tensiones y tamaños de batería disponibles.

Paso 1: Determinar el valor para el parámetro de profundidad de descarga

El parámetro de profundidad de descarga determina el porcentaje del sistema de almacenamiento de energía que se considera utilizable para el diseño del sistema . El valor de profundidad de descarga elegido afecta la capacidad, ciclos de vida y el costo del sistema de almacenamiento de energía. Las baterías de plomo ácido no tolera las descargas profundas regulares, por lo que se suelen utilizar valores entre .4-.5 (40-50%). A menudo se cita un valor de .5 como el que proporciona el mayor número de ciclos en relación con el costo, pero hay consideraciones adicionales que deben tenerse en cuenta para determinar la profundidad del valor de descarga:

• Un sistema que se prevé que se utilizará mucho puede justificar un valor más conservador.

• Un sistema que se encuentra en una ubicación de difícil acceso puede garantizar un valor más conservador.

Paso 2: 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 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, 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 o el recurso solar es muy variable, se debe aumentar el valor de los días de autonomía. Es posible usar recursos con datos meteorologicos para examinar la frecuencia con la que ocurren los períodos de mal tiempo y su duración en una ubicación determinada.

• 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 3: Determinar el factor de corrección de temperatura

La temperatura de las baterías de plomo-ácido tiene un efecto significativo sobre su rendimiento. Cuando 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. .

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

Paso 4: Calcular el valor de Ah mínimo

Ah requerido total	= Vatio-horas de diseño requeridos ÷ La tensión de CC del sistema × El factor de corrección de temperatura (Paso 3) × El parámetro de días de autonomía (Paso 2) ÷ El parámetro de profundidad de descarga (Paso 1)

Step 5: Calculate number of batteries in series

Lead acid batteries are commonly available in 2V, 4V, 6V, 12V designs that can be wired in series to achieve a 12V, 24V, or 48V system voltage. See Battery wiring for more information on how to properly configure a battery bank. With small systems 12V batteries are the standard, but as system size increases lower battery voltages lead to more storage with fewer parallel strings, which is a better design. Deep cycle batteries with voltages below 12V can be difficult to find in some locations.

Batteries in series	= DC system voltage ÷ Chosen battery voltage

Step 6: Calculate number of parallel battery circuits

Lead acid batteries are available in a variety of Ah ratings. They can be wired in parallel to achieve the desired total Ah of storage for the system. See Battery wiring for more information on how to properly configure a battery bank. The result of this calculation should be rounded up, meaning that if the number of parallel strings is more than 1, then 2 parallel strings are required. The other option would be to use a battery with a higher Ah rating.

Number of parallel battery circuits	= Total Ah required (Step 4) ÷ Chosen battery Ah rating

Step 7: Calculate final Ah capacity

The final Ah capacity of the battery bank is the chosen battery Ah rating multiplied by the number of parallel strings. This value is important for other calculations in the design process.

Final Ah capacity	= Number of parallel battery circuits (Step 6) × Chosen battery Ah rating