Eficiencia y pérdidas de conversión de las baterías

¿Cuánta energía produce tu sistema fotovoltaico? ¿Cuánta de esta energía acaba en tu batería? Y, ¿cuánta utilizas realmente? Como propietario de una batería, seguramente te has hecho estas preguntas. Y, ¿cómo se explican las diferencias entre la energía producida y la energía disponible, es decir, las pérdidas de conversión? sonnen te lo explica en este artículo.

Las pérdidas por conversión se producen cuando la luz solar incide en las células solares de un sistema fotovoltaico y la electricidad fluye, transportando consigo la energía solar.

Sin embargo, los electrones tienen que superar varios obstáculos cuando viajan desde el tejado hasta la unidad de almacenamiento de electricidad. Pasan por cables, componentes eléctricos (como inversores) y, finalmente, por las baterías del sistema de almacenamiento. En cada uno de estos pasos, liberan una pequeña cantidad de energía, igual que hacen las personas cuando realizan un esfuerzo físico.

Estas pérdidas se denominan pérdidas de conversión, y representan la energía no utilizada por el hogar. En un circuito eléctrico, la energía eléctrica se convierte en energía térmica. Por eso los electrodomésticos se calientan tras un uso prolongado.

La eficiencia muestra cuánta energía eléctrica se convierte en calor en el transcurso de su viaje desde la fuente hasta el destino. Si la eficiencia es del 80%, significa que el 80% de la energía eléctrica original llega a su destino. En este caso, el 20% restante de energía eléctrica se denomina “pérdida de potencia”.

Las bombillas incandescentes son un ejemplo de lo elevada que puede ser esta pérdida de potencia. Una bombilla incandescente puede tener un rendimiento tan bajo como el 5%. Así, la bombilla sólo convierte el 5% de la energía eléctrica original en luz y el resto en calor. En cambio, las bombillas LED alcanzan eficiencias del 30 al 40% y son, por tanto, de seis a ocho veces más eficientes que las bombillas incandescentes.

Desde una perspectiva física, el 100% de eficiencia no es posible, ya que siempre se producen pérdidas de conversión, por mínimas que sean. Por eso, el objetivo de los dispositivos técnicos es lograr la mayor eficiencia posible y minimizar las pérdidas evitables. Esto es lo que consigue sonnen con sus baterías, que tienen un alto índice de eficiencia.

Por ejemplo, los inversores de paneles solares, que convierten la corriente continua (CC) de los módulos solares en corriente alterna (CA), alcanzan ahora eficiencias de entre el 96% y el 98%.

La alta eficiencia es un factor clave en el desarrollo de aparatos, pero no es el único. La calidad, la seguridad, la disponibilidad en grandes cantidades y el precio también son importantes. Un alto nivel de eficiencia puede implicar costes significativamente más elevados porque los componentes necesarios son extremadamente caros o escasos. Por lo tanto, un fabricante tendrá que decidir si opta por una mayor eficiencia o por un menor coste.

Lo mismo ocurre con los sistemas de almacenamiento de baterías, que también difieren en términos de eficiencia. Al comparar distintos fabricantes, hay que tener cuidado porque la base de cálculo de la información de las fichas técnicas puede variar. Esto dificulta la comparación neutral entre fabricantes.

Los clientes de sonnen pueden consultar sus datos de consumo de energía en cualquier momento en la aplicación móvil. Esto incluye la eficiencia de su sonnenBatterie, calculada dividiendo el valor de descarga por el valor de carga total.

Es importante tomar como referencia el valor anual, ya que sólo un año completo puede ofrecer una imagen real. Sólo así pueden equilibrarse los efectos anuales y los distintos patrones de uso. En la práctica, estos valores pueden variar de una vivienda a otra.

Si se analiza un caso hipotético, con una eficiencia que oscila entre el 75% y el 80% -un valor bastante frecuente-, se puede decir que éste sería el valor real de todo el sistema, no los mejores valores ni los correspondientes a componentes individuales.

En un caso hipotético, la eficiencia de sonnenBatterie es aproximadamente del 75% al 80%. ¿Cuál es la causa de la pérdida de potencia del 20% al 25%? Los electrones tienen que superar múltiples obstáculos antes de llegar a las baterías.

1. El camino a través de la sonnenBatterie:

La eficiencia comienza en el inversor de la sonnenBatterie, donde la CA del inversor fotovoltaico se convierte en CC. A continuación, pasa a través del inversor a las propias baterías, donde la energía eléctrica se convierte en energía química.

Al descargarse, vuelve por el mismo camino. La energía química de las baterías se convierte en energía eléctrica y vuelve a fluir por el inversor hasta la red doméstica. Sin tener en cuenta las resistencias de los cables, los electrones pasan por dos componentes durante el almacenamiento y la descarga, de ida y vuelta, donde liberan energía de forma natural.

Suponiendo que el inversor tenga una eficiencia del 96% para la carga y descarga, y que las baterías tengan la misma eficiencia, el cálculo sería el siguiente:

0,96 (carga del inversor)

* 0,96 (pérdidas de almacenamiento de las baterías)

* 0,96 (descarga del inversor)

= 88,5%

Esto es más alto que el rango entre el 75% y el 80% visto en el ejemplo anterior. Los puntos siguientes explicarán por qué.

2. Condiciones reales:

Además de las pérdidas de conversión del inversor, hay otros factores que afectan al cálculo. Los valores de eficiencia proporcionados en el punto anterior son los mejores valores y no representan valores medios. En la práctica, estas condiciones ideales no siempre se alcanzan.

La temperatura o el nivel de potencia también son importantes. Muchos inversores funcionan de forma más eficiente cuando suministran una potencia elevada, en torno al rango de potencia del 50% al 100%.

En el caso de la sonnenBatterie 10, este rango estaría entre 2,3 kW y 4,6 kW. Sin embargo, hay momentos en los que la batería se carga con menos potencia, por ejemplo, porque la eficiencia fotovoltaica es menor en invierno. Si la sonnenBatterie se carga sólo con 800 vatios, por ejemplo, la eficiencia es inferior al 96%. No siempre es necesaria una potencia mayor para el consumo; lo más habitual son unos 100 vatios de potencia, sobre todo por la noche. La eficiencia disminuye con una potencia menor.

Considerando una gama que no siempre sea la mejor y una potencia menos, el cálculo es el siguiente:

0,93 (carga del inversor)

* 0,96 (pérdidas por almacenamiento de la batería)

* 0,93 (descarga del inversor)

= 83%

3. Autoconsumo:

El resultado del cálculo sigue fuera del rango de eficiencia del 75% al 80% marcado anteriormente. Esto se debe a que falta una variable en el análisis: la influencia del autoconsumo también es significativa.

La sonnenBatterie necesita energía para tareas como el suministro de datos a la aplicación móvil o la iluminación de sonnen Eclipse, y para preparar la central eléctrica virtual. Durante un año completo, el autoconsumo de la sonnenBatterie 10 se calcula del siguiente modo: por ejemplo, 25W * 24h * 365 = 219 kWh.

Por lo tanto, si entran 3.000 kWh al año en el sistema de almacenamiento y la eficiencia es del 83%, como se ha mencionado antes, supone 510 kWh de pérdidas por conversión y 245 kWh de pérdidas por autoconsumo. La energía disponible del sistema de almacenamiento, menos las pérdidas, es entonces de 3.000 - 510 - 245 = 2.245 kWh. En otras palabras, la eficiencia en este año sería del 75%.

En principio, una mayor eficiencia es deseable porque se pierde menos energía por el camino. Pero no es tan sencillo. El siguiente análisis muestra como una mayor eficiencia no significa necesariamente más energía disponible:

• Almacenamiento de energía con menor potencia:

En algunos casos, los sistemas de almacenamiento de energía solar utilizan inversores más pequeños que están optimizados para el bajo pico de consumo de energía del hogar. Estos inversores funcionan cerca de su rango óptimo con una alta eficiencia. Sin embargo, durante el invierno, el sol suele brillar sólo dos o tres horas al día. En ese momento, el inversor, algo más pequeño, no puede absorber toda la energía del sistema solar, y la energía solar se alimenta de la red en lugar de la batería. Esta limitación hace que el almacenamiento de energía durante el invierno sea menos eficiente.

• Almacenamiento de energía de gran potencia:

Elegir un sistema de almacenamiento de energía solar implica evaluar qué prioridades se ajustan al presupuesto energético del hogar. Un inversor más grande puede transportar más energía al sistema de almacenamiento y aprovechar mejor los breves periodos de luz solar. Aunque en general es menos eficiente, un inversor más grande permite establecer rápidamente un sistema completo de almacenamiento de energía.

Después de este análisis, podemos concluir que la cantidad de energía solar producida en el tejado que va a parar a la sonnenBatterie y la cantidad que luego está disponible para el uso diario pueden depender de varios factores. No sólo su eficiencia real, sino también el rendimiento y el autoconsumo del sistema de almacenamiento son esenciales.

La magnitud de esta influencia puede variar de una vivienda a otra. Las fichas técnicas muestran un estado óptimo que, por lo general, los dispositivos sólo pueden alcanzar en teoría, ya que las circunstancias individuales difícilmente pueden preverse y resumirse en términos generales.

sonnen ofrece a todos sus clientes total transparencia sobre sus datos de consumo energético. Junto con sus socios especializados certificados, también ofrecen asesoramiento completo antes, durante y después de la instalación para encontrar la solución más eficiente y adecuada para cada cliente.