¿Cuáles son las principales ventajas de utilizar baterías de litio industriales en comparación con las baterías de plomo-ácido tradicionales en sistemas de almacenamiento de energía a gran escala?
2024-10-25
Con la construcción a gran escala de centrales fotovoltaicas, la mayoría de los sistemas de almacenamiento de energía, ya sea para el almacenamiento de energía doméstica o para sistemas de almacenamiento de baterías a gran escala, utilizan baterías de litio. Con la ocurrencia continua de incendios de baterías de litio, la gente no puede evitar preguntarse por qué las baterías de almacenamiento de energía no utilizan baterías de plomo-ácido más seguras, sino baterías de litio más peligrosas.
En este artículo, presentaremos en detalle por qué el almacenamiento de energía doméstico o los sistemas de almacenamiento de baterías a gran escala no utilizan baterías de plomo-ácido sino baterías de litio.
Requisitos de las centrales eléctricas de almacenamiento de energía Las centrales eléctricas de almacenamiento de energía modernas requieren baterías de almacenamiento de energía de gran capacidad, alta eficiencia, larga vida útil y alta seguridad. En este sentido, las baterías de plomo-ácido han sido reemplazadas gradualmente por tecnologías avanzadas de almacenamiento de energía, como las baterías de iones de litio y las baterías de iones de sodio.
1. Desventajas de las baterías de plomo-ácido
Las baterías de plomo-ácido son uno de los componentes químicos electrónicos más utilizados. Aunque su coste de fabricación es relativamente bajo, presenta algunas desventajas y no es adecuada para su uso como almacenamiento de energía en el hogar o sistemas de almacenamiento de baterías a gran escala:
(1).Vida corta:
La vida útil de las baterías de plomo-ácido es de tan solo 4 a 5 años, mientras que la vida útil de las baterías de almacenamiento de energía domésticas o de las estaciones de almacenamiento de baterías a gran escala debe ser más larga, generalmente más de 10 años. A medida que aumenta la vida útil, los costos de mantenimiento y reemplazo de las baterías de plomo-ácido aumentarán gradualmente.
(2).Alto costo de mantenimiento:
El costo de mantenimiento de las baterías de plomo-ácido es relativamente alto, lo que se refleja principalmente en la carga y el mantenimiento. Estas tareas solo pueden ser realizadas por técnicos profesionales, por lo que el costo de mantenimiento es muy alto. Las baterías de plomo-ácido tienen una alta tasa de autodescarga y son propensas a generar gases, lo que requiere un mantenimiento frecuente.
(3).Gran tamaño y peso:
Las centrales eléctricas de almacenamiento de energía doméstica o de almacenamiento de baterías a gran escala de la actualidad requieren paquetes de baterías de alta capacidad, bajo volumen y livianos, pero las baterías de plomo-ácido son relativamente grandes en tamaño y peso y no pueden satisfacer las necesidades actuales.
Las baterías de plomo-ácido se han utilizado como fuente de energía de respaldo en instalaciones de generación de energía solar residencial desde la década de 1970. Aunque son similares a las baterías de automóviles tradicionales, las baterías utilizadas en los sistemas de almacenamiento de energía residencial se denominan baterías de ciclo profundo porque se pueden descargar y cargar más veces que la mayoría de las baterías de automóviles.
Las baterías de plomo-ácido tradicionalmente han costado menos que las de iones de litio, lo que las hacía más atractivas para los usuarios residenciales. Sin embargo, tienen una vida útil mucho más corta que las de iones de litio.
Las baterías de plomo-ácido tienen una vida útil menor que las de iones de litio. Mientras que algunas baterías de plomo-ácido pueden cargarse y descargarse hasta 1000 veces, las de iones de litio pueden cargarse y descargarse entre 1000 y 4000 veces.
La mayoría de las baterías de plomo-ácido tienen una vida útil de aproximadamente 5 años y una garantía correspondiente. Por lo tanto, los usuarios residenciales tendrán que reemplazar las baterías de plomo-ácido varias veces durante la vida útil total de una instalación de generación de energía solar.
Las baterías de plomo-ácido almacenan energía de forma menos eficiente que otras tecnologías de almacenamiento de energía, como las baterías de iones de litio. Debido a su menor eficiencia, tampoco pueden cargarse ni descargarse tan rápidamente como los sistemas de almacenamiento de energía con baterías de litio.
Las baterías de plomo-ácido tienen una capacidad de descarga menor, lo que significa que consumir demasiada energía hará que su capacidad de almacenar energía se deteriore rápidamente. Una investigación del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) descubrió que liberar el 50% de la energía en una batería de plomo-ácido le permite completar 1.800 ciclos de carga y descarga antes de que su capacidad de almacenamiento de energía disminuya significativamente. Si se descarga al 80% de su capacidad, solo puede soportar 600 ciclos de carga y descarga, después de los cuales su capacidad disminuirá significativamente.
Debido a que las baterías de plomo-ácido tienen una eficiencia de almacenamiento de energía relativamente baja y no se pueden descargar por completo, requieren más capacidad de almacenamiento de energía y espacio que las baterías de iones de litio. Las baterías de plomo-ácido también son mucho más pesadas que las de iones de litio, requieren soportes más resistentes para colocarlas y requieren más espacio que los paquetes de baterías de iones de litio.
El plomo es un metal pesado tóxico y, aunque es reciclable, puede causar contaminación debido a su eliminación inadecuada.
2. Ventajas de las baterías de iones de litio
Los paquetes de baterías de las centrales eléctricas de almacenamiento de energía doméstica o de las centrales eléctricas de almacenamiento de baterías a gran escala requieren alta seguridad, alta densidad energética, larga vida útil y bajo costo de mantenimiento. Por lo tanto, las centrales eléctricas de almacenamiento de energía actuales utilizan principalmente baterías de iones de litio como paquetes de baterías.
(1). Respeto al medio ambiente:
Las baterías de iones de litio son mucho más respetuosas con el medio ambiente que las baterías de plomo-ácido, especialmente las de fosfato de hierro y litio, que no contienen metales tóxicos y, en principio, no provocan daños al medio ambiente. Sin embargo, las baterías de plomo-ácido contienen metales pesados y pueden provocar una grave contaminación ambiental.
(2). Seguridad:
Con el continuo desarrollo de la tecnología, el nivel de gestión de las baterías de litio ha evolucionado rápidamente. Las baterías de litio actuales tienen buenas funciones de protección contra sobrecargas y descargas excesivas, y adoptan medidas de seguridad más estrictas para proteger la seguridad de los usuarios. Para el control de seguridad de las baterías de litio, consulte el artículo “Discusión sobre el diseño estructural y la seguridad del almacenamiento de energía en contenedores de baterías”.
(3). Alta densidad energética:
Con la misma masa, la densidad energética de las baterías de iones de litio es entre 3 y 4 veces superior a la de las baterías de plomo-ácido. Esto significa que las baterías de iones de litio pueden proporcionar más potencia y ocupar menos espacio y volumen.
En términos de peso, las baterías de iones de litio que se utilizan en los sistemas de almacenamiento de energía residencial no son ligeras, pero sí mucho más ligeras que las baterías de plomo-ácido. La Tesla Powerwall de 13,5 kWh pesa alrededor de 125 kg, la batería de plomo-ácido de 1,7 kWh pesa alrededor de 60 kg y la batería de plomo-ácido de la misma capacidad que la Powerwall pesará más de 450 kg.
(4). Larga vida:
En comparación con la vida útil promedio de 5 años de las baterías de plomo-ácido, la vida útil promedio de las baterías de litio es de más de 10 años.
(5). Mayor eficiencia operativa:
Las baterías de plomo-ácido almacenan energía de forma menos eficiente que otras tecnologías de almacenamiento de energía, como las baterías de iones de litio. Debido a su menor eficiencia, tampoco pueden cargarse o descargarse tan rápidamente como los sistemas de almacenamiento de energía de baterías de litio. Las baterías de iones de litio también pueden cargarse más rápido a voltajes más altos. Mientras que las baterías de plomo-ácido pueden tardar hasta 16 horas en cargarse por completo, incluso las baterías de iones de litio, que se cargan más lentamente, pueden cargarse por completo en aproximadamente cuatro horas.
Las baterías de plomo-ácido tienen una capacidad de descarga baja, lo que significa que consumir demasiada energía hace que su capacidad de almacenar energía se deteriore rápidamente. Una investigación del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) de Estados Unidos descubrió que liberar el 50% de la energía de una batería de plomo-ácido puede permitirle completar 1.800 cargas y descargas antes de que la capacidad de almacenamiento de energía disminuya significativamente. Si se descarga al 80% de su capacidad, solo puede soportar 600 cargas y descargas, y luego su capacidad disminuirá significativamente.
Debido a que las baterías de plomo-ácido tienen una eficiencia de almacenamiento de energía relativamente baja y no se pueden descargar por completo, requieren más capacidad de almacenamiento de energía y espacio que las baterías de iones de litio. Las baterías de plomo-ácido también son mucho más pesadas que las baterías de iones de litio, requieren soportes más fuertes para alojarlas y requieren más espacio que los paquetes de baterías de iones de litio.
(6). Bajo costo de mantenimiento:
Gracias a la larga vida útil de las baterías de iones de litio, los costes de mantenimiento también se reducen consecuentemente, lo que juega un papel importante en el control de los costes operativos diarios de las centrales de almacenamiento de energía.
(7). La brecha de costos se reduce:
Inicialmente, las baterías de plomo-ácido tenían una mayor ventaja de costo sobre las baterías de litio. Sin embargo, con la expansión continua de la tecnología y la escala de uso, el costo de las baterías de litio ha seguido disminuyendo en los últimos años y la diferencia de costo entre las dos será cada vez menor.
A largo plazo, las baterías de litio tienen ventajas obvias en el almacenamiento de energía electroquímica, mientras que las baterías de fosfato de hierro y litio tienen ventajas obvias en cuanto a costos y rendimiento de ciclo en comparación con las baterías de litio fabricadas con otros materiales, son más respetuosas con el medio ambiente y tienen mayor seguridad. Independientemente de la situación de aplicación actual y la tendencia de desarrollo, en el futuro, el principal crecimiento tanto en el almacenamiento de energía doméstica como en el almacenamiento de energía comercial e industrial radicará en las baterías de fosfato de hierro y litio, que se espera que se conviertan en la corriente principal en el mercado de sistemas de almacenamiento de energía doméstica o de baterías a gran escala.
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