Estudio de la incorporación de baterías en sistemas fotovoltaicos 

Incorporation of Batteries into Photovoltaic Power Plants

Alberto Santillán

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Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE

Resumen

La energía solar se ha convertido en una de las más importantes fuentes de generación de electricidad en los últimos años. Este desarrollo ha sido posible debido a los avances tecnológicos, la apertura del mercado y la apertura de los gobiernos a favor de la promoción de las instalaciones fotovoltaicas. Además, es importante encontrar métodos para mejorar el desarrollo de los sistemas fotovoltaicos emergentes. Un método para hacerlo es aprovechando las pérdidas de energía. Esta es la razón por el cual surge la preocupación de saber si los sistemas fotovoltaicos pueden aumentar su rendimiento y rentabilidad, mediante la adición de un sistema de almacenamiento de energía. 

El presente artículo desarrolla la idea de incorporar baterías como un sistema de almacenamiento en una planta de generación eléctrica fotovoltaica.  Se ha realizado una revisión del estado del arte acerca de los sistemas de almacenamiento para escoger la mejor tecnología, de acuerdo a su madurez tecnológica, densidad energética, ciclo de vida, escalabilidad,profundidad de descarga, eficiencia de carga y descarga. Las baterías de ion litio cumplen los requisitos necesarios. Por lo tanto, el modelo fue desarrollado con los parámetros de un sistema de baterías de ion litio. 

Se probaron varios modelos para obtener los máximos rendimientos, mediante la reducción de las pérdidas y la variación de los precios de la energía. Además, se conoce que, en un mercado liberalizado, hay horarios donde la electricidad tiene precios altos en un día. En consecuencia, el modelo vende la energía durante esas horas para aumentar los beneficios económicos. Los resultados de este estudio revelaron que las ganancias crecieron mientras se aumentaba la capacidad de las baterías. Sin embargo, a la vez, se empieza a desperdiciar energía debido a las pérdidas en las baterías. Esto causa un límite para la densidad energética a medida que se comienza a reducir la eficiencia del sistema. En ese punto, se localiza el valor de almacenamiento apropiado y sus respectivos beneficios. Finalmente, las ganancias se compararon con la inversión y como resultado se observa que no es conveniente realizar la inversión debido a los altos costos que representa. En conclusión, el costo de las baterías sigue siendo el mayor inconveniente cuando se incorpora un sistema de almacenamiento porque todas las ganancias de almacenar energía no son suficientes para cubrir la inversión. Sin embargo, se espera una reducción en los precios de los sistemas de almacenamiento en los próximos años, por lo que este hecho puede cambiar.

 Palabras Clave: plantas de energía fotovoltaica, paneles fotovoltaicos, transformadores, energía renovable, inversor.

 Abstract

Solar energy has become one of the most important sources for electricity generation in the last years. This development has been possible due to the technological advances, the market opening and willingness of governments, in order to promote photovoltaic installations. Then, it is important to find methods to improve the performance of the growing PV systems. A method of improving performance is to take advantage of energy losses. This is the reason why  concerns emerge of knowing whether the PV system could improve its performance and profitability by adding an energy storage system. This study developed the idea on how to incorporate batteries as a storage system in a PV power plant. A review of the state of the art about storage systems was performed in order to choose the best technology according to the technological maturity, energy density, cycle life, scalability, depth of discharge, charge/discharge efficiency. Therefore, the result indicates that lithium-ion batteries fulfill the requirements. Thus, the simulation model was developed considering parameters of a system with lithium-ion batteries. Several methodologies were tested to get the maximum economic returns by reducing losses and energy prices variability. It is well known that in a free market there are some electricity high-cost hours during the day. Consequently, the model sold the energy during those hours to increase the economic benefits. The findings of this study revealed that the profits grew while increasing the batteries capacity. However, power wastes appear because of the battery losses at the same time. This causes a limit for the energy density as they begin to decrease the system efficiency. At that time, the appropriate storage value and their respective profits were found. Finally, the profits were compared with the investment and as a result it is observed that is not convenient to perform the investment because of the high investment costs. In conclusion, the batteries cost remains as the biggest drawback when incorporating a storage system because all the profits of storing energy are not enough to cover the investment. However, a reduction in the storage systems prices is expected in the coming years, so this fact may change.

Key Words: Photovoltaic Power Plants, Photovoltaic Panels, Transformers, Renewable Energy, Inverter.