Por qué la profundidad de descarga es importante al elegir un sistema de almacenamiento de batería solar

La profundidad de descarga (DoD) es uno de los números clave a considerar al seleccionar baterías para un sistema de energía solar. ¿Qué es la profundidad de descarga y cómo debería afectar la elección de la batería?

¿Cuál es la profundidad de descarga?

El término “profundidad de descarga” se explica por sí mismo: describe el grado de descarga de una batería en relación con su capacidad total. Por ejemplo, si tiene un banco de baterías con una capacidad nominal de 10 kilovatios hora (kWh), al 70% DoD, a ese banco de baterías le quedarán 3 kWh de carga.

profundidad de descarga y ciclo de vida

La química de la mayoría de las baterías (incluidas las de plomo-ácido y las de iones de litio) se degrada con la carga y descarga, reduciendo gradualmente su capacidad para almacenar energía. Esto afecta la vida útil de la batería, así como la cantidad total de kilovatios hora que puede almacenar durante esa vida.

Dos de los factores más críticos en la degradación de las baterías son: a) el número de ciclos de descarga y recarga y b) la profundidad máxima a la que se descargan. Por ejemplo, si una batería de plomo-ácido se descarga al 100% con cada uso, su electrolito se deteriorará más rápido que si solo se descargara al 50% como máximo.

Por esta razón, las hojas de especificaciones de la batería utilizan el término “ciclo de vida” (con el sufijo “en X DoD”). Esta especificación puede aparecer una vez (si solo hay un nivel DoD recomendado) o varias veces (si el fabricante desea mostrar ejemplos para diferentes casos de uso). Por ejemplo, un banco de baterías puede tener 10 000 ciclos al 20 % de DoD, pero solo 1000 ciclos al 80 % de DoD.

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Capacidad nominal versus vida útil y costos de almacenamiento

Incluso si un banco de baterías tiene una capacidad de 10 kWh en la placa de características, esto no significa necesariamente que pueda almacenar 10 kWh de energía utilizable; Las limitaciones máximas de DoD significan que, de manera realista, solo es posible acceder a 8, 5 o incluso solo 2 kWh, según cómo esté diseñado el sistema (consulte la sección Vida útil a continuación).

Descargar las baterías demasiado profundamente puede reducir significativamente el valor que ofrecen durante su vida útil. Por ejemplo, en el escenario del banco de baterías que se describe en la siguiente tabla ($5000 por una matriz de plomo-ácido de 10 kWh), la descarga regular al 80 % del Departamento de Defensa daría como resultado un costo nivelado de almacenamiento (LCOS) aproximado de más de 65 centavos por hora de plomo. kWh. Esto se debe a que el banco de baterías solo almacenaría energía de manera confiable (capacidad de almacenamiento de ~8000 kWh) durante aproximadamente dos años antes de llegar al final de su vida útil.

Por otro lado, si el DoD del banco de baterías se limitara al 50%, el LCOS se reduciría a la mitad (aproximadamente 28 c/kWh) y la vida útil de la batería se triplicaría hasta aproximadamente 7 años (a aproximadamente 17.500 kWh). almacenamiento).

Ejemplo: Rendimiento de un banco de baterías de plomo-ácido al 80%, 50% y 20% DoD

La siguiente tabla utiliza un banco de baterías de plomo-ácido teórico de 10 kWh (suponiendo 500 ciclos por año) para ilustrar cómo el Departamento de Defensa afecta la vida útil del ciclo, la vida útil y el valor de la energía almacenada entregada a lo largo del tiempo. Si bien los números no provienen de una batería real, son indicativos y brindan información sobre el papel que desempeña el Departamento de Defensa en la duración de la batería.

Como se puede ver, si bien una descarga más profunda puede proporcionar una mayor cantidad de energía almacenada disponible en el corto plazo (por ejemplo, ~75 kWh/semana al 80% DoD), esto se produce a expensas de la longevidad del banco de baterías (que se reduce a ). . aproximadamente 2 años al 80% DoD) y el valor de la energía almacenada.

Duración de la batería: teniendo en cuenta el DoD en escenarios de uso real

En esencia, esto significa que el Departamento de Defensa debe desempeñar un papel central en el diseño de cualquier sistema de almacenamiento de baterías. La “vida útil de diseño” de un banco de baterías es la cantidad de años que debe operar dentro de los parámetros para los que está diseñado. El proceso de diseño debe tener en cuenta los patrones de consumo de energía del hogar donde se instalará el banco de baterías y, cuando sea posible, el sistema de gestión de baterías (BMS) del sistema debe configurarse para limitar el DoD de modo que el valor de vida útil del banco de baterías se maximiza.

Los números de la tabla anterior también sirven como recordatorio de por qué el precio nominal de $/kWh no es la mejor medida del valor de un banco de baterías. Mucho más importante es el valor de la energía almacenada que la batería entrega durante la vida útil del sistema diseñado. Con eso en mente, probablemente tenga más sentido definir la capacidad de un banco de baterías en términos de la cantidad de energía utilizable, p. B. Imagine un banco de baterías de 10kWh en la placa de identificación con un DoD máximo proyectado de un 50 % mejor que un banco de baterías de 5kWh.

Recuerde: el rendimiento varía según el tipo de batería

Hemos utilizado el ejemplo de un banco de baterías de plomo-ácido en este artículo, pero muchos otros tipos de químicas de baterías que son más tolerantes a la descarga profunda ya están disponibles en el mercado australiano.

Por ejemplo, las baterías de flujo (de Redflow e Imergy) pueden descargarse al 100 % sin dañar el electrolito y, en teoría, pueden cargarse y descargarse indefinidamente. Asimismo, se recomienda el uso de las baterías AHI a base de agua salada de Aquion al 100 % de DoD durante más de 3000 ciclos.

La batería de agua salada Aquion se puede descargar hasta el 100%.

El Redflow ZCell tiene una capacidad utilizable de 10 kWh – 100% de profundidad de descarga.

Y aunque no se recomienda la descarga completa, al 70-90% del DoD recomendado, las baterías de iones de litio siguen siendo significativamente más tolerantes a la descarga profunda que las baterías de plomo-ácido, lo que las hace aumentar en términos de costo por kWh (o LCOS). hace competitivo.

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