Tendencias y perspectivas globales del desarrollo de PCS para almacenamiento de energía en 2025
2025-04-29
En 2024, la industria de los convertidores de almacenamiento de energía (PCS) mostró una tendencia de desarrollo acelerado. El tamaño del mercado continúa expandiéndose y se espera que mantenga un crecimiento rápido en los próximos años, gracias al apoyo gubernamental a las energías limpias, a la reestructuración del sistema eléctrico y al avance continuo de la tecnología de almacenamiento de energía. Como componente clave de los sistemas de almacenamiento de energía, los convertidores de almacenamiento tienen una amplia gama de aplicaciones, abarcando múltiples escenarios como las centrales de energía renovable y las microrredes, lo que demuestra un fuerte potencial de mercado.
El desarrollo futuro de los convertidores de almacenamiento de energía (PCS) mostrará una tendencia hacia una iteración acelerada de PCS de alta potencia, una mejora continua en la penetración de mercado de los PCS tipo string, la aparición de PCS con refrigeración líquida y una mejora constante en la penetración del almacenamiento de energía tipo red.
Tendencia 1: La iteración de los PCS de alta potencia se está acelerando
En 2024, las celdas de almacenamiento de segunda generación representadas por las celdas de 314Ah acelerarán la sustitución de las celdas de 280Ah. El compartimento de baterías de almacenamiento de energía de 5MWh de segunda generación, equipado con celdas de 314Ah, está en proceso de convertirse rápidamente en la opción predominante del mercado. Según las estadísticas, se espera que la tasa de penetración global de las celdas de almacenamiento de 314Ah supere el 40% en 2024.
Con el fin de satisfacer la demanda de potencia del compartimento de baterías de 5MWh, la potencia nominal del PCS también ha aumentado de 1.725MW a 2.5MW. El aumento de la potencia del PCS puede mejorar aún más la eficiencia de carga y descarga, aumentar la densidad de potencia del sistema y reducir el tamaño de la unidad. Para las grandes centrales de almacenamiento de energía, también puede reducir el espacio requerido. Actualmente, los PCS de gran capacidad son principalmente centralizados, con ventajas como una estructura simple, bajo costo de inversión inicial y menores costos de instalación, operación y mantenimiento.
PCS centralizado: Arquitectura de una sola rama vs. doble rama
Para los PCS centralizados de 2.5MW, existen actualmente dos soluciones principales en la industria: una consiste en una unidad independiente de PCS de 2.5MW de una sola rama, y la otra en dos unidades independientes de PCS de 1.25MW conectadas en paralelo. En la actualidad, la mayoría de los fabricantes de PCS del mercado, como Kehua, NARI Relay Protection, Huichuan y Suoying, optan principalmente por soluciones de PCS de máquina única de 2.5MW, que tienen un control relativamente simple, ahorran algunas estructuras y componentes eléctricos, y presentan una ligera ventaja en costos de materiales. Sin embargo, también traen consigo problemas como gran tamaño y peso, dificultad en el transporte y en las operaciones de mantenimiento en sitio, así como complejidad en la disipación de calor a alta potencia. Además, el número de grupos de baterías en paralelo en el lado de corriente continua (DC) es relativamente alto, llegando a 12 grupos para sistemas de 2 horas y 24 grupos para sistemas de 4 horas, lo que conlleva riesgos importantes como baja consistencia entre baterías en paralelo, circulación interna y efecto de cuello de botella.
A diferencia de la solución de máquina única de 2.5MW, Sineng Electric eligió conectar en paralelo dos PCS modulares de 1.25MW para formar una unidad de doble rama de 2.5MW. La conexión en paralelo de dos PCS de 1.25MW requiere superar dificultades técnicas como la sincronización, la distribución de potencia y la circulación entre ramas en los lados AC y DC, lo cual también representa cierta presión en los costos de materiales. Sin embargo, el PCS de 1.25MW tiene menor volumen y peso, menores costos de transporte, operación y mantenimiento, menor dificultad en la gestión térmica y mejor adaptación al lado DC. Esto permite reducir en un 50% el número de grupos de baterías en paralelo, aumentar en un 0,75% la capacidad de carga y descarga, y adaptarse mejor a las necesidades de almacenamiento de energía a largo plazo (4 horas o más).
En respuesta a los requisitos de potencia del compartimento de baterías de gran capacidad de más de 6MWh en el futuro, Sineng Electric también puede combinar de forma flexible cuatro PCS modulares de nueva generación de 1.725MW en paralelo para formar una unidad integrada centralizada de 6.9MW, lo que se adapta perfectamente a la próxima generación de celdas de batería de gran capacidad.
Tendencia 2: La tasa de penetración del PCS tipo string continúa en aumento
En un contexto de guerras de precios y accidentes de seguridad frecuentes en 2024, el almacenamiento de energía tipo string ha vuelto a convertirse en el "favorito" del mercado. En las principales ferias de almacenamiento de energía celebradas en 2024, el concepto de “un grupo, una gestión” aportado por el almacenamiento tipo string se ha convertido en el principal punto técnico destacado de muchos productos nuevos, y en un "invitado frecuente" en la promoción de productos. La demanda de almacenamiento tipo string en licitaciones también está aumentando rápidamente. Según las estadísticas, la capacidad licitada de almacenamiento tipo string en 2024 ha alcanzado el nivel de GWh.
Cabinas de baterías integradas AC/DC: Oportunidades y riesgos
En comparación con los sistemas tradicionales centralizados, la solución de almacenamiento tipo string conecta cada grupo de baterías de almacenamiento a un inversor de almacenamiento de energía, y adopta una gestión individual para cada grupo de baterías, lo que permite superar problemas como la circulación interna entre ramas y el efecto de cuello de botella. Esto mejora la capacidad utilizable del sistema, su eficiencia y su vida útil. Al mismo tiempo, su peso y tamaño generales son reducidos, lo que facilita el transporte, la operación y el mantenimiento en sitio. También adopta desconexión por grupo individual, protección segmentada en múltiples niveles y distribución dinámica de potencia. La falla de un solo PCS no afecta la salida total del sistema, lo que lo hace especialmente adecuado para mercados extranjeros y aplicaciones industriales y comerciales que requieren una rápida eliminación de fallas y facilidad de operación y mantenimiento.
Además, además de la solución convencional con PCS externo, los fabricantes integrados líderes en la industria también han lanzado sistemas de “cabina de baterías integrada AC/DC” con PCS incorporado, que sustituyen parcialmente las funciones de la caja de alta tensión del grupo de baterías y logran un acoplamiento profundo entre el PCS y los grupos de baterías en términos de topología eléctrica, gestión térmica y estructura. Sobre la base de las ventajas del sistema tipo string, se mejora aún más la densidad de potencia del sistema de baterías y se puede realizar la puesta en marcha conjunta directamente en fábrica, lo que reduce en gran medida la carga de trabajo y el coste de la puesta en marcha en sitio. Por supuesto, para la mayoría de los fabricantes de baterías o integradores de sistemas que no cuentan con capacidades de I+D en PCS, esta solución integrada AC/DC también presenta problemas notables como alta dificultad y coste de desarrollo, menor versatilidad en la selección y adquisición, menor capacidad de mantenimiento del PCS, indefinición en las responsabilidades de seguridad y aumento de riesgos de arco eléctrico o cortocircuito. Se requiere una evaluación integral según el entorno y los escenarios de aplicación específicos.
Tendencia 3: El PCS con refrigeración líquida está emergiendo
A medida que la tecnología de refrigeración líquida se vuelve gradualmente dominante en el campo de las baterías, también comienza a aparecer en el campo de los PCS. Fabricantes líderes de PCS como Sineng Electric, Kehua, Sungrow Power Supply, Sowin Electric y Huichuan han lanzado nuevos productos de PCS con refrigeración líquida.
En comparación con la refrigeración por aire tradicional, la refrigeración líquida ofrece mayor densidad de potencia, mayor redundancia de disipación térmica y un mejor nivel de protección. Es especialmente adecuada para PCS centralizados de más de 2MW y PCS tipo string de más de 250kW. Tiene una mejor adaptabilidad a entornos extremos como alta temperatura y humedad, gran altitud, niebla salina o tormentas de nieve. Gracias a su mayor densidad de potencia y mejor nivel de protección, ofrece mayor fiabilidad en estos escenarios exigentes.
En el caso de la “cabina de baterías AC totalmente refrigerada por líquido”, que combina módulos PACK refrigerados por líquido con PCS tipo string también refrigerado por líquido, la integración del sistema se mejora aún más, incorporando tres modos de control térmico: enfriamiento rápido, microenfriamiento y calentamiento. Estos modos se pueden alternar inteligentemente en función de la celda de batería, la temperatura ambiente y las condiciones de funcionamiento, lo que mejora significativamente la eficiencia, el rendimiento, la seguridad y la inteligencia del sistema. Por supuesto, para PCS centralizados de 2MW o menos y PCS tipo string de 250kW o menos, la solución actual de refrigeración por aire sigue cumpliendo plenamente los requisitos de disipación de calor. Además, tiene una estructura más simple, menor costo, menor consumo energético en operación, mantenimiento más sencillo y no presenta riesgos de fugas o condensación. Por estas razones, seguirá dominando la mayor parte del mercado en el futuro.
Tendencia 4: La tasa de penetración del almacenamiento de energía tipo red continúa aumentando
Para finales de 2024, la capacidad instalada de generación con energías renovables, principalmente energía eólica y solar, alcanzará los 1.450 millones de kilovatios, superando por primera vez a la capacidad instalada de generación térmica. La alta proporción de acceso de energías renovables y el uso intensivo de equipos electrónicos de potencia han provocado una disminución de la inercia del sistema y una falta de amortiguación en las grandes redes eléctricas tradicionales, debilitando su capacidad de respuesta ante perturbaciones y planteando enormes desafíos para la estabilidad de frecuencia, tensión y ángulo de potencia del sistema eléctrico.
El convertidor de almacenamiento de energía tipo red opera con características de una fuente de voltaje síncrona, construyendo y manteniendo el voltaje y la frecuencia de salida, proporcionando soporte activo a la red y ayudando al sistema a estabilizarse dinámicamente, recuperarse rápidamente y reconstruirse.
Tres valores funcionales clave del PCS tipo red
El valor funcional del almacenamiento de energía tipo red se divide en tres categorías y diez funciones:
1) Bajo condiciones de pequeña perturbación: regulación dinámica de voltaje, regulación rápida de frecuencia, respuesta inercial y control de amortiguamiento;
2) Bajo condiciones de gran perturbación: soporte activo del SCR, sobrecarga a corto plazo (3 veces durante 10 segundos), capacidad de soportar huecos de tensión (alta/baja) y tolerancia a saltos de ángulo de fase;
3) Aislamiento y reconstrucción ante fallos permanentes: conmutación entre conexión y desconexión de red, y arranque en negro (black start).
En condiciones de pequeñas perturbaciones, el almacenamiento de energía tipo red puede realizar una modulación rápida de frecuencia y una regulación dinámica de voltaje para lograr un equilibrio dinámico entre la potencia activa y reactiva; también puede llevar a cabo una respuesta inercial y un control de amortiguamiento para compensar la falta de inercia y amortiguación en las redes eléctricas tradicionales, prevenir el parpadeo y las fluctuaciones rápidas de potencia, y suprimir las oscilaciones de banda ancha del sistema.
En condiciones de grandes perturbaciones, se requiere que el sistema de almacenamiento de energía funcione de manera estable bajo redes débiles y que pueda entregar rápidamente potencia para reforzar la red eléctrica en el momento en que se produce un fallo en la generación de energía renovable. Esto exige que el almacenamiento de energía tenga una capacidad de sobrecarga a corto plazo de 3I durante 10 segundos, sea capaz de soportar fallos continuos de alta y baja tensión, y tolere saltos de ángulo de fase de hasta 60°.
Cuando una falla en la red externa no puede restaurarse en un corto período de tiempo, el sistema de almacenamiento de energía puede cambiar sin interrupciones del modo conectado a red al modo fuera de red, proporcionando voltaje y frecuencia estables para la red interna. Cuando se cumplen las condiciones trifásicas, el almacenamiento de energía puede volver a conectarse a la red desde el estado fuera de red.
Conclusión: La innovación en PCS definirá el futuro del almacenamiento de energía
Cuando se produce una interrupción generalizada en la red eléctrica, el almacenamiento de energía puede actuar como una fuente de arranque en negro con tensión cero, apoyando la reconstrucción de la red.
Desde la perspectiva de los estándares de producto, actualmente existe una falta de normas nacionales pertinentes para los inversores de almacenamiento de energía conectados a la red, lo que limita la selección y el diseño, las pruebas y certificaciones, la revisión para la conexión a red y la aplicación práctica del almacenamiento de energía conectado a la red.
6 Características Clave del PCS de Almacenamiento de Energía que Debes Conocer
Certificación de seguridad para sistemas de almacenamiento de energía: normas UL9540 y UL9540A
