Banco de baterías en subestaciones eléctricas: definición, características y aplicaciones

Instalación de banco de baterías Enersys México

Los bancos de baterías son sistemas de almacenamiento de energía que ofrecen múltiples beneficios en diversos campos de aplicación. En la actualidad, su uso se ha vuelto cada vez más común en hogares, empresas e industrias, gracias a las ventajas que ofrecen en términos de reducción de costos, mejora de la eficiencia energética, mayor seguridad y confiabilidad en el suministro eléctrico, y su contribución al desarrollo sostenible.

Gracias a su capacidad para almacenar energía durante las horas de menor demanda, se pueden aprovechar períodos de menor costo energético para su carga y luego utilizar esta energía en momentos de mayor demanda, mejorando la eficiencia energética en general.

Los bancos de baterías son fundamentales para garantizar la confiabilidad, estabilidad y eficiencia de un sistema eléctrico. Contribuyen al almacenamiento y distribución de energía en sistemas de energía renovable, proporcionan respaldo en casos de interrupciones en la red eléctrica y mejoran la gestión de la demanda y la integración de recursos energéticos distribuidos. Por estas y otras razones, dedicamos el siguiente artículo a todo lo que necesitas conocer sobre bancos de baterías: definición, características, instalación y mantenimiento, aplicaciones industriales y las últimas tendencias en el mercado. Quédate a leer más.

¿Qué es una banco de baterías?

Un banco de baterías es un conjunto de baterías que se utilizan para almacenar energía eléctrica. Estas baterías están conectadas en serie o en paralelo para suministrar la energía eléctrica necesaria para un sistema o dispositivo en particular.

Los bancos de baterías son comúnmente utilizados en sistemas de energía solar o eólica, donde la energía se almacena durante las horas en que el sol o el viento están disponibles y se utiliza cuando la energía no está disponible, como durante la noche o en días sin viento. También se utilizan en sistemas de respaldo de energía en caso de interrupciones en el suministro eléctrico.

Banco de baterias apc
Los bancos de baterías se utilizan en sistemas de respaldo de energía en caso de interrupciones en el suministro eléctrico.

Número de baterías

El número de unidades que conforman un banco de baterías puede variar dependiendo de varios factores, como la capacidad de las baterías, la cantidad de energía que se desea almacenar, el uso específico, el voltaje del sistema y el tipo de batería utilizada. Un banco de baterías puede constar de solo dos baterías o de varias docenas, dependiendo de las necesidades del sistema.

En general, los bancos de baterías se construyen conectando varias baterías en serie o en paralelo para obtener el voltaje y la capacidad requeridos. Si se utiliza una batería de 12V y se necesita un sistema de 24V, se pueden conectar dos baterías en serie para obtener el voltaje deseado. Si se necesita más capacidad, se pueden agregar más baterías en paralelo.

La configuración y cantidad de baterías en un banco también dependerán de si se conectan en serie, en paralelo o en una combinación de ambas para lograr el voltaje y la capacidad que son requeridos.

Como mencionamos, la cantidad de baterías también dependerá del tipo de batería que se utilice. Por ejemplo, las baterías de plomo-ácido tienen una capacidad nominal que varía desde unos pocos amperios-hora (Ah) hasta varios miles de Ah, mientras que las baterías de iones de litio suelen tener una capacidad nominal menor.

En sistemas de energía solar o eólica, los bancos de baterías pueden contener desde unas pocas baterías para sistemas pequeños hasta cientos de baterías en sistemas más grandes y complejos.

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Características del banco de baterías

¿Cómo se calcula el banco de baterías?

El cálculo del banco de baterías depende de varios factores, como el tipo de sistema de energía que se va a utilizar, la cantidad de energía que se necesita almacenar, el tiempo que se desea que el sistema funcione sin recargar y la eficiencia del sistema de carga.

A continuación, se presentan los pasos generales para calcular el banco de baterías:

  1. Determine la cantidad de energía que se necesita almacenar: Esto dependerá del consumo de energía de los dispositivos que se van a alimentar con el banco de baterías y la cantidad de tiempo que se desea que el sistema funcione sin recargar.
  2. Seleccione el tipo de batería: Existen varios tipos de baterías disponibles, como las baterías de plomo-ácido, de iones de litio y de níquel-cadmio. Cada tipo de batería tiene sus propias características y rendimientos, por lo que debe seleccionar la más adecuada para su aplicación.
  3. Determine la capacidad de la batería: La capacidad de la batería se mide en amperios-hora (Ah) y representa la cantidad de energía que la batería puede almacenar. Esta capacidad se debe seleccionar de acuerdo con la cantidad de energía que se necesita almacenar.
  4. Calcule la cantidad de baterías necesarias: Para obtener el banco de baterías, se deben conectar varias baterías en serie o en paralelo, según sea necesario para obtener la capacidad y voltaje adecuados. La cantidad de baterías necesarias dependerá del tipo de batería y de la capacidad requerida.
  5. Seleccione el regulador de carga: El regulador de carga es un dispositivo que se utiliza para controlar la carga y descarga de las baterías, protegiéndolas de sobrecargas y descargas excesivas. El regulador de carga debe ser seleccionado de acuerdo con la capacidad del banco de baterías y la eficiencia del sistema de carga.

En general, el cálculo del banco de baterías es un proceso complejo que requiere un conocimiento detallado de las especificaciones técnicas de las baterías y los sistemas de carga.

¿Cómo se instala un banco de baterías?

Instalar un banco de baterías puede ser un proceso complicado y potencialmente peligroso si no se toman las precauciones adecuadas. Es importante seguir las pautas del fabricante y las normativas locales. Aquí hay algunos pasos generales para instalar un banco de baterías:

  1. Planificación. Antes de comenzar la instalación, determine la capacidad de energía necesaria, el voltaje y la corriente requeridos para su sistema. Elija el tipo de batería adecuado, como baterías de plomo-ácido, de iones de litio, etc.
  2. Ubicación. Seleccione un lugar adecuado para el banco de baterías. Debe ser un área bien ventilada, seca, protegida de la luz solar directa y con una temperatura estable. Además, asegúrese de que haya suficiente espacio para el mantenimiento y la ventilación.
  3. Configuración de las baterías. Decida si las baterías se conectarán en serie, en paralelo o en una combinación de ambas, según el voltaje y la capacidad necesarios. Las conexiones en serie aumentan el voltaje total, mientras que las conexiones en paralelo aumentan la capacidad total.
  4. Montaje y soporte. Coloque las baterías en estantes o soportes diseñados específicamente para su tipo de batería. Asegúrese de que estén niveladas y firmemente sujetas.
  5. Conexiones eléctricas. Conecte las baterías según la configuración elegida, utilizando cables y terminales de la capacidad adecuada. Asegúrese de que las conexiones estén limpias y ajustadas. Utilice terminales aislados y proteja los cables con tubos o fundas.
  6. Instalación de sistemas de protección. Instale fusibles o disyuntores, un controlador de carga y un inversor, según las especificaciones del sistema. Estos dispositivos protegerán su banco de baterías y garantizarán un funcionamiento seguro y eficiente.
  7. Conexión al sistema de energía. Conecte el banco de baterías a su sistema de energía, como paneles solares, turbinas eólicas o una fuente de energía de respaldo. Asegúrese de que las conexiones estén correctamente realizadas y sigan las pautas del fabricante y las normativas locales.
  8. Comprobaciones y mantenimiento. Verifique que el banco de baterías funcione correctamente y que todos los dispositivos de protección estén en su lugar. Realice un mantenimiento periódico, como verificar las conexiones, limpiar los terminales y medir el voltaje y la capacidad de las baterías.

Tenga en cuenta que este es un resumen general del proceso de instalación. Siempre es mejor contratar a un profesional capacitado para instalar un banco de baterías, ya que trabajar con sistemas eléctricos puede ser peligroso si no se tiene la experiencia y el conocimiento adecuados.

Instalación de banco de baterías
Las “Baterías Abiertas para Servicio Estacionario” es un título que sirve para constatar que la batería que se recibe y se va a instalar y a operar, cumple con lo estipulado para las industrias.

¿Qué pruebas se realizan a un banco de baterías?

Las pruebas de un banco de baterías son esenciales para garantizar su rendimiento óptimo, seguridad y confiabilidad. Aquí hay algunas pruebas comunes que se realizan en un banco de baterías:

  • Inspección visual. Verifique si hay signos de daños físicos, corrosión en los terminales, deformaciones o fugas en las baterías. También revise la limpieza y la integridad de las conexiones.
  • Medición de voltaje. Mida el voltaje de cada batería individual y del banco de baterías completo para asegurarse de que estén dentro de los rangos especificados por el fabricante.
  • Medición de la resistencia interna. Esta prueba ayuda a evaluar la condición general de la batería. La resistencia interna puede medirse utilizando un probador de resistencia interna de baterías o un analizador de baterías.
  • Prueba de capacidad o descarga. La prueba de descarga, también conocida como prueba de capacidad, implica descargar las baterías a una corriente constante y medir la cantidad de energía que pueden suministrar antes de alcanzar un voltaje mínimo predeterminado. Esta prueba ayuda a determinar la capacidad real de las baterías en comparación con su capacidad nominal.
  • Prueba de impedancia. La prueba de impedancia mide la resistencia interna y la reactancia de la batería en función de la frecuencia. Esta prueba puede ayudar a identificar problemas como cortocircuitos internos, deterioro de las placas o problemas de conexión.
  • Prueba de conductancia. La prueba de conductancia mide la capacidad de una batería para conducir corriente. Un valor de conductancia más bajo puede indicar una capacidad reducida o un deterioro de la batería.
  • Prueba de aislamiento. Esta prueba verifica si hay fugas de corriente entre las baterías y otros componentes del sistema. Se realiza utilizando un probador de resistencia de aislamiento o megóhmetro.
  • Prueba de carga y ecualización. La prueba de carga implica cargar completamente las baterías y verificar si mantienen la tensión adecuada. La ecualización es un proceso de carga controlada que ayuda a igualar el estado de carga de las baterías en un banco y puede prolongar su vida útil.

Estas pruebas deben realizarse periódicamente para garantizar el funcionamiento adecuado del banco de baterías y detectar posibles problemas antes de que causen fallas en el sistema. Es importante seguir las recomendaciones del fabricante y las normativas locales al efectuar pruebas y mantenimiento en un banco de baterías.

Importancia del banco de baterías en el sistema eléctrico

El banco de baterías es un componente esencial en un sistema eléctrico, ya que proporciona almacenamiento de energía y garantiza la disponibilidad de energía eléctrica cuando la fuente principal no puede satisfacer la demanda.

Los bancos de baterías son cruciales en sistemas de respaldo de energía, como los sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS) y los generadores de emergencia. Estos sistemas garantizan la continuidad del suministro de energía en caso de interrupciones o fallas en la red eléctrica, protegiendo equipos críticos y evitando pérdidas económicas o de datos. Las baterías almacenan energía eléctrica que puede ser utilizada en momentos de emergencia para mantener en funcionamiento sistemas esenciales hasta que se restablezca el suministro principal o se active una fuente de energía alternativa.

También desempeñan un papel importante en la gestión de la demanda y la integración de recursos energéticos distribuidos (DER) en la red eléctrica. Al almacenar energía eléctrica durante períodos de baja demanda y liberarla durante períodos de alta demanda, los bancos de baterías pueden ayudar a equilibrar el suministro y la demanda, reducir la necesidad de generar energía adicional y disminuir los costos de energía para los consumidores.

Además, los bancos de baterías pueden contribuir al desarrollo sostenible al permitir una mayor penetración de energías renovables, como la solar y la eólica, en la red eléctrica. Al almacenar este tipo de energía, los bancos de baterías reducen la dependencia de los combustibles fósiles y disminuyen las emisiones de gases de efecto invernadero

Por si fuera poco, facilitan la integración de fuentes de energía distribuidas, como sistemas fotovoltaicos residenciales y plantas de energía eólica, al proporcionar almacenamiento y estabilización de la energía generada localmente.

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Tipos de baterías para subestaciones eléctricas

En las subestaciones eléctricas, se utilizan varios tipos de baterías para proporcionar energía de respaldo y garantizar la operación confiable de los sistemas de control y protección. Algunos de los tipos de baterías más comunes incluyen:

  • Baterías de plomo-ácido inundadas: Estas baterías tradicionales cuentan con placas de plomo sumergidas en una solución electrolítica de ácido sulfúrico. Son económicas, ampliamente disponibles y tienen una vida útil moderada, aunque requieren mantenimiento regular, como rellenar el electrolito y limpiar los terminales.
  • Baterías de plomo-ácido selladas o de gel (VRLA): Son una variante de las baterías de plomo-ácido en las que el electrolito está inmovilizado en forma de gel. Estas baterías son libres de mantenimiento, tienen un menor riesgo de fugas y ofrecen una vida útil similar a las baterías de plomo-ácido inundadas.
  • Baterías de plomo-ácido de fibra de vidrio absorbente (AGM): Son otro tipo de batería de plomo-ácido sellada en la que el electrolito está absorbido en una malla de fibra de vidrio. Las baterías AGM tienen una menor resistencia interna y una mayor capacidad de descarga en comparación con las baterías de gel, pero también pueden ser más costosas.
  • Baterías de níquel-cadmio (NiCd): Estas baterías utilizan placas de níquel y cadmio como electrodos y una solución alcalina como electrolito. Las baterías de NiCd son resistentes a la temperatura, tienen una alta tasa de descarga y una vida útil más larga que las baterías de plomo-ácido. Sin embargo, el cadmio es un material tóxico y su disposición requiere precauciones especiales.
  • Baterías de níquel-hierro (NiFe): Utilizan placas de níquel y hierro como electrodos y una solución alcalina como electrolito. Aunque estas baterías tienen una vida útil extremadamente larga y son resistentes a condiciones adversas, tienen una eficiencia energética más baja y pueden ser más costosas que otros tipos de baterías.

Cada tipo de batería tiene sus propias ventajas y desventajas en términos de costo, mantenimiento, vida útil y rendimiento. La elección del tipo de batería adecuado para una subestación eléctrica dependerá de factores como el entorno, las condiciones de operación y las necesidades específicas del sistema.

Subestaciones eléctricas
Las subestaciones eléctricas son instalaciones encargadas de realizar transformaciones de tensión, frecuencia, número de fases o conexiones de dos o más. Para que funcionen de forma óptima, los bancos de baterías son imprescindibles.

Aplicaciones en subestaciones eléctricas

Los bancos de baterías son un componente clave en una amplia variedad de aplicaciones industriales, en las que desempeñan un papel crucial en la garantía del suministro de energía confiable y eficiente. En entornos industriales, la confiabilidad y la continuidad del suministro de energía son esenciales para mantener la producción en marcha y proteger equipos costosos y sistemas críticos.

La versatilidad y la escalabilidad de los bancos de baterías permiten adaptarlos a diferentes aplicaciones y entornos industriales, desde plantas de manufactura y procesamiento hasta instalaciones de generación de energía y sistemas de transporte.

Con el avance de la tecnología de baterías y el aumento de la adopción de fuentes de energía renovable, la importancia de los bancos de baterías en la industria sigue creciendo, brindando soluciones de almacenamiento de energía más eficientes, sostenibles y rentables.

Suministro de energía de emergencia

En aplicaciones industriales, los bancos de baterías proporcionan energía de emergencia en caso de interrupciones en la red eléctrica o fallas en el suministro de energía. Esto asegura la continuidad del funcionamiento de equipos esenciales, protege procesos críticos y evita pérdidas económicas.

Regulación de voltaje y frecuencia

Los bancos de baterías ayudan a mantener la calidad del suministro eléctrico al regular el voltaje y la frecuencia. Pueden absorber o liberar energía rápidamente para compensar las fluctuaciones en la red y garantizar que el voltaje y la frecuencia se mantengan dentro de los límites especificados.

Integración con fuentes renovables

En combinación con fuentes de energía renovable, como la solar y la eólica, los bancos de baterías facilitan la integración de estas fuentes en el sistema eléctrico. Almacenan energía generada durante períodos de alta producción y la liberan cuando la producción es baja o la demanda es alta, mejorando así la estabilidad y la eficiencia del suministro de energía.

Funcionamiento

En las subestaciones eléctricas, los bancos de baterías desempeñan un papel crucial en el suministro de energía de emergencia y en la operación de dispositivos de control y protección. 

El proceso de carga y descarga en un banco de baterías de una subestación eléctrica funciona de la siguiente manera:

  • Carga: durante el funcionamiento normal, las baterías se mantienen cargadas por un cargador de baterías o un rectificador conectado a la red eléctrica. Este dispositivo convierte la corriente alterna (AC) de la red en corriente continua (DC) y suministra la tensión y corriente adecuadas para mantener las baterías cargadas en todo momento. El cargador también regula el proceso de carga para evitar la sobrecarga y prolongar la vida útil de las baterías.
  • Descarga: en caso de un corte de energía o una falla en la red eléctrica, las baterías entran en modo de descarga y comienzan a suministrar energía de CC a los dispositivos y sistemas críticos de la subestación. Esto incluye el suministro de energía a los sistemas de control, protección y comunicación, así como a los dispositivos de maniobra como los interruptores y los relés. La energía almacenada en las baterías garantiza la operación segura y confiable de estos dispositivos hasta que se restablezca el suministro de energía principal.

Estas baterías generalmente son baterías de plomo-ácido o de níquel-cadmio y están diseñadas para proporcionar energía confiable y constante durante cortes de energía o fallas en el suministro eléctrico.

Mantenimiento

El mantenimiento adecuado de un banco de baterías en una subestación eléctrica es esencial para garantizar la confiabilidad y el rendimiento óptimo del sistema de respaldo de energía. Un banco de baterías bien mantenido puede prolongar la vida útil de las baterías, reducir el riesgo de fallas en el suministro de energía y minimizar los costos de operación y reemplazo

El mantenimiento regular de los bancos de baterías puede ayudar a identificar y resolver problemas antes de que se conviertan en fallas críticas, garantizando así la operación segura y eficiente de los sistemas de control y protección en la subestación.

La falta de mantenimiento adecuado puede llevar a un deterioro prematuro de las baterías, reducir su capacidad de almacenamiento y aumentar el riesgo de fallas en el sistema eléctrico. Esto podría resultar en interrupciones no planificadas, pérdida de equipos costosos y una mayor probabilidad de accidentes. Por lo tanto, el mantenimiento preventivo y periódico de los bancos de baterías es crucial para mantener la integridad y la confiabilidad del sistema eléctrico en las subestaciones.

  • Monitoreo y evaluación del estado de las baterías: El monitoreo y la evaluación del estado de las baterías implican la realización de inspecciones visuales, mediciones de voltaje y resistencia interna, pruebas de capacidad y otras pruebas para determinar el rendimiento y la salud general de las baterías en el banco. Esto permite identificar baterías débiles o defectuosas y planificar acciones de mantenimiento o reemplazo.
  • Sustitución de las baterías en mal estado: Cuando se identifican baterías en mal estado o al final de su vida útil, es necesario reemplazarlas para mantener el rendimiento óptimo del banco de baterías. La sustitución de las baterías en mal estado previene fallas en el sistema y garantiza la disponibilidad de energía de respaldo en caso de interrupciones de la red eléctrica.
  • Limpieza y mantenimiento de los componentes del banco de baterías: La limpieza y el mantenimiento de los componentes del banco de baterías incluyen la inspección y limpieza de terminales y conexiones, el ajuste de cables y conexiones sueltas, y la comprobación de la integridad de los soportes y sistemas de ventilación. Este mantenimiento regular ayuda a mantener la eficiencia del sistema y reduce el riesgo de fallos eléctricos o mecánicos.


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Desafíos del banco de baterías en subestaciones eléctricas

Actualmente, los bancos de baterías en subestaciones eléctricas enfrentan varios desafíos importantes: 

  • Seguridad y fiabilidad del sistema. Uno de los desafíos más importantes es la necesidad de garantizar la seguridad y la fiabilidad del sistema. Los bancos de baterías deben cumplir con los requisitos de seguridad y confiabilidad de la subestación, lo que significa que deben estar diseñados, instalados y mantenidos adecuadamente para garantizar su funcionamiento seguro y confiable.
  • Costo. Los bancos de baterías pueden ser costosos de instalar y mantener, lo que puede limitar su adopción en algunas situaciones. Además, la vida útil limitada de las baterías significa que deben ser reemplazadas periódicamente, lo que puede aumentar aún más los costos a largo plazo.
  • Gestión de la energía. Este también es un desafío crucial para los bancos de baterías en subestaciones eléctricas. La cantidad de energía almacenada en un banco de baterías debe ser gestionada cuidadosamente para garantizar que esté disponible cuando sea necesario y que no se agote demasiado rápido. Además, los bancos de baterías deben ser capaces de equilibrar la carga entre las diferentes celdas de batería para prolongar la vida útil de las mismas.
  • Integración de los bancos de baterías con la subestación eléctrica. Los bancos de baterías deben estar integrados en el sistema de control de la subestación y en la red eléctrica más amplia de manera efectiva para garantizar un funcionamiento seguro y confiable. Esto puede requerir la implementación de nuevas tecnologías y sistemas de comunicación para garantizar una integración adecuada.

Tendencias

  • Interacción con las redes inteligentes. Este es un tema importante en relación con los bancos de baterías en subestaciones eléctricas. La integración de los bancos de baterías con las redes inteligentes puede permitir una gestión más efectiva de la energía y la optimización del consumo de energía.

Además, la implementación de tecnologías de automatización y control puede permitir una mejor respuesta a la demanda y mejorar la eficiencia energética en general.

  • Desarrollo de nuevas tecnologías y materiales. De la misma forma, éste es otro tema importante en relación con los bancos de baterías en subestaciones eléctricas. El uso de nuevas tecnologías y materiales puede permitir la creación de baterías más eficientes, seguras y duraderas, lo que puede mejorar la viabilidad y la adopción de los bancos de baterías en subestaciones eléctricas.

Energía de larga duración para el futuro.

Referencias

  1. Logisa. Banco de baterías. Grupo Logisa, s/f. Consultado en febrero de 2023.

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