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Cuatro ¿Almacenamiento de energía en la generación de energía fotovoltaica? | Demuda

Julio 27, 2023

Con el rápido desarrollo de la economía, el problema de la escasez de energía se ha vuelto cada vez más grave. Frente a las presiones duales de la demanda de energía y la protección del medio ambiente, los países de todo el mundo han adoptado estrategias como la mejora de la eficiencia en el uso de la energía, la optimización de la estructura energética y el desarrollo de energías renovables. Como representante de la nueva generación de energía, la energía solar fotovoltaica (PV) se ha aplicado ampliamente en la producción práctica. Sin embargo, a diferencia de las fuentes de energía tradicionales, la potencia de salida de los sistemas fotovoltaicos fluctúa significativamente con los cambios en los factores ambientales, como la intensidad de la luz solar y la temperatura. También se caracteriza por la incontrolabilidad. Por lo tanto, si la energía fotovoltaica va a reemplazar las fuentes de energía tradicionales y lograr una generación de energía conectada a la red a gran escala, no se puede ignorar el impacto en la red eléctrica. Además, dado que la proporción de sistemas fotovoltaicos en la red eléctrica continúa aumentando, la gestión eficaz del impacto en la red eléctrica es esencial para garantizar un suministro de energía seguro y confiable. La aplicación de sistemas de almacenamiento de energía en sistemas fotovoltaicos puede abordar el problema del desequilibrio de energía y cumplir con los requisitos para el funcionamiento normal. Los sistemas de almacenamiento de energía juegan un papel fundamental para garantizar el funcionamiento estable de las plantas de energía fotovoltaica. No solo garantizan la estabilidad y confiabilidad del sistema, sino que también brindan una solución efectiva a problemas dinámicos de calidad de energía, como picos de voltaje, sobretensiones, caídas de voltaje e interrupciones momentáneas de energía. 


Aquí hay cuatro tecnologías comunes de almacenamiento de energía en sistemas fotovoltaicos:


1. Almacenamiento de energía de la batería:El almacenamiento de energía en baterías es uno de los métodos de almacenamiento más prometedores. Se caracteriza por una alta confiabilidad y modularización, lo que lo hace adecuado para redes de distribución en áreas con altos requisitos de calidad de energía. El almacenamiento de energía de la batería utiliza las reacciones de oxidación-reducción de los electrodos de la batería para almacenar y liberar energía. Puede satisfacer la demanda de energía durante las cargas máximas del sistema y asistir en la compensación de energía reactiva, lo que ayuda a suprimir las fluctuaciones de voltaje y el parpadeo. Los tipos de baterías comunes incluyen baterías de plomo-ácido, baterías de iones de litio, baterías de azufre de sodio y baterías de flujo. Un estudio [9] analiza el papel de las baterías en los sistemas fotovoltaicos, destacando sus capacidades de almacenamiento de energía y su capacidad para proporcionar una gran corriente instantánea para regular el voltaje de trabajo de las células solares. Otro estudio [10] se centra en varias tecnologías comunes de almacenamiento de energía química, seleccionando indicadores técnicos clave y recopilando los datos de aplicación más recientes hasta 2011. A través del método de análisis envolvente de datos (DEA), el estudio explora las ventajas y los efectos de aplicación de varias tecnologías de almacenamiento de energía química. tecnologías, proporcionando sugerencias y referencias para futuras direcciones de investigación en tecnología de almacenamiento de energía química.


2. Almacenamiento de energía del supercondensador: Los supercondensadores son dispositivos de almacenamiento de energía fabricados con materiales especiales con una constante dieléctrica más alta, una mayor densidad de energía y una liberación de energía más rápida en comparación con los condensadores convencionales. Los supercondensadores se pueden dividir en condensadores de doble capa y condensadores electroquímicos basados ​​en diferentes principios de almacenamiento de energía. Como componente emergente de almacenamiento de energía, los supercondensadores tienen muchas ventajas en comparación con otros métodos de almacenamiento. Tienen alta densidad de potencia, ciclo de vida prolongado de carga y descarga, alta eficiencia de carga y descarga, tasa rápida de carga y descarga, buen rendimiento a altas y bajas temperaturas y larga vida útil de almacenamiento de energía. Sin embargo, los supercondensadores también tienen algunos inconvenientes, como la baja densidad de energía y el amplio rango de fluctuación del voltaje terminal, así como el problema de la ecualización de voltaje en los condensadores en serie. Teniendo en cuenta las características de las baterías y los supercondensadores, ambas tecnologías tienen una fuerte complementariedad en términos de rendimiento técnico. Al combinarlos, el rendimiento de los dispositivos de almacenamiento de energía se puede mejorar considerablemente. Un estudio [14] encontró que al poner en paralelo supercondensadores con baterías, se puede mejorar la capacidad de salida de energía del sistema híbrido de almacenamiento de energía, se pueden reducir las pérdidas internas y se puede aumentar el tiempo de descarga. También puede reducir la cantidad de ciclos de carga y descarga de las baterías y extender su vida útil, así como reducir el tamaño de los dispositivos de almacenamiento de energía, mejorar la confiabilidad y la economía de los sistemas de suministro de energía.


3. Almacenamiento de energía del volante:El almacenamiento de energía del volante es un método de almacenamiento mecánico que ofrece ventajas tales como alta eficiencia, período de construcción corto, larga vida útil, alta capacidad de almacenamiento de energía, carga rápida, descarga rápida, ciclos de carga y descarga ilimitados y respeto por el medio ambiente. Sin embargo, el costo de mantenimiento del almacenamiento de energía del volante es relativamente más alto en comparación con otros métodos de almacenamiento. Un estudio [15] propuso un control de suavizado de potencia activo basado en control difuso para sistemas de almacenamiento de energía de volante de inercia fotovoltaica. El estudio analizó la velocidad del volante, la potencia de salida y el coeficiente de suavizado del sistema de almacenamiento de energía del volante fotovoltaico a través de la simulación utilizando la plataforma Matlab/Simulink, comparándolo con otros dos dispositivos: sin almacenamiento de energía del volante y almacenamiento de energía del volante simple. Otro estudio [16] introdujo el sistema de almacenamiento de energía del volante en los sistemas fotovoltaicos basado en el seguimiento del punto de máxima potencia y el control del inversor conectado a la red para lograr una salida de energía estable a la red. Para garantizar una salida de energía eléctrica ajustable y estable del sistema fotovoltaico, la estrategia de control adoptó un control de bucle interno de corriente y un control de bucle externo de voltaje durante la carga y un control de bucle interno de corriente y un control de bucle externo de voltaje durante la descarga. Este enfoque permite la salida estable y controlable de potencia activa, suprimiendo de manera efectiva las fluctuaciones causadas por las variaciones en la luz solar y la temperatura ambiental.


4. Almacenamiento de energía superconductora:Los sistemas de almacenamiento de energía magnética superconductora (SMES) almacenan la energía del campo magnético generada por la red eléctrica en bobinas hechas de cables superconductores y liberan la energía almacenada de vuelta a la red cuando es necesario. Los componentes típicos de un sistema SMES incluyen bobinas superconductoras colocadas en un contenedor de enfriamiento aislado al vacío, sistemas criogénicos y de vacío, y dispositivos electrónicos de potencia para fines de control. La corriente en el inductor de bucle cerrado formado por las bobinas superconductoras circula sin disipación. En comparación con otras tecnologías de almacenamiento de energía, SMES tiene ventajas significativas. Debido a su capacidad de almacenar energía sin pérdidas durante largos períodos, SMES logra una alta eficiencia de retorno de energía. También tiene una liberación de energía rápida, que generalmente toma solo unos segundos. La adopción de SMES facilita la regulación del voltaje, la frecuencia y la potencia activa y reactiva de la red. Un estudio [17] propuso el uso de unidades SMES para estabilizar la salida de voltaje y frecuencia de los generadores eólicos. La unidad SMES se conectó a la barra colectora de un generador asíncrono y el controlador activo de SMES adoptó la desviación de la velocidad del generador asíncrono como señal de control. Otro estudio [18] sugirió usar la desviación de voltaje como la señal de control para el controlador activo de SMES para abordar fallas frecuentes de cortocircuito en la línea de contacto y alteraciones de la velocidad del viento en parques eólicos. Diversos estudios han demostrado el excelente rendimiento de los dispositivos SMES para mejorar la estabilidad de los parques eólicos.


Estas tecnologías de almacenamiento de energía juegan un papel crucial en los sistemas fotovoltaicos, asegurando su funcionamiento estable y proporcionando un suministro de energía seguro y confiable. Con los avances tecnológicos y la maduración en curso, las tecnologías de almacenamiento de energía contribuirán cada vez más al desarrollo de la energía renovable y al logro de los objetivos de desarrollo sostenible.


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