28.000 ciclos de carga en el laboratorio: por qué sonnen ha estado probando tecnologías de almacenamiento de baterías durante casi diez años
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Cuando sonnen abrió su laboratorio de baterías en Wildpoldsried en 2011, la tecnología moderna de baterías para el almacenamiento doméstico aún estaba en su infancia. sonnen ha estado utilizando la tecnología de baterías de fosfato de hierro y litio (LFP) para este propósito desde el principio. Aunque este tipo ya se consideraba particularmente duradero en ese momento, naturalmente, había una falta de experiencia concreta en un sistema de almacenamiento doméstico.
Muchos años y miles de ciclos de carga después, los resultados de una prueba a largo plazo realizada en el laboratorio corroboran ahora los puntos fuertes de esta tecnología de almacenamiento.
Un sistema de almacenamiento doméstico debe funcionar de manera confiable durante un largo período de tiempo, porque solo entonces es sostenible y económicamente sensato. La tecnología de la batería es un punto crucial aquí. Ya sea un automóvil eléctrico, una bicicleta eléctrica o un almacenamiento de energía, cada área de aplicación tiene sus requisitos específicos que las baterías deben cumplir. Hoy en día existen muchas tecnologías de baterías de innumerables fabricantes.
Para obtener datos fiables sobre la funcionalidad, la vida útil o la seguridad sonnen ha creado su propio laboratorio de baterías desde el principio. Los ingenieros de desarrollo prueban baterías nuevas de diferentes fabricantes durante largos períodos de tiempo antes de que puedan usarse en la sonnenBatterie. Un punto importante es la vida útil.
Básicamente, todas las baterías envejecen y pierden parte de su capacidad de almacenamiento y rendimiento con el tiempo. Envejecen debido a dos factores: por un lado, cada carga y descarga completa, es decir, un ciclo de carga, acorta la vida útil de una batería en una pequeña cantidad. Por otro lado, está el envejecimiento en el calendario. Es decir, los procesos químicos dentro de la batería también conducen a una disminución de la vida útil restante de la batería durante muchos años.
Frecuencia de carga y descarga
Entonces, la pregunta es: ¿Con qué frecuencia se pueden cargar y descargar las baterías y cómo se manifiesta el envejecimiento en el calendario? Mientras que los fabricantes de baterías lo simulan y extrapolan con pruebas en el laboratorio, las pruebas a largo plazo proporcionan impresiones aún más realistas.
Una prueba a largo plazo iniciada por sonnen, que ahora ha durado casi ocho años y continuará, ahora ha arrojado resultados interesantes: para este propósito, una celda de batería de fosfato de hierro y litio fue expuesta a condiciones mucho más duras de lo que sería habitual en un hogar en un período de tiempo comparable. De modo que en el laboratorio hay de todo menos condiciones cómodas para la batería.
Se cargó y se descargó por completo varias veces al día, lo que ejerce más presión sobre la batería y, por lo general, no ocurre en el hogar. Las pruebas se llevaron a cabo con una tasa C de 1 y una profundidad de descarga del 100 por ciento. Esto significa que la celda de la batería se cargó completamente en una hora y se descargó completamente nuevamente en una hora. En un hogar promedio, sin embargo, solo se puede asumir la carga y descarga completa por día.
En estas condiciones, la celda ha alcanzado hasta ahora 28.000 ciclos de carga y todavía tiene alrededor del 65 por ciento de su capacidad inicial. Incluso después de los 28.000 ciclos que ya se han logrado, este resultado demuestra que aún no se ha llegado al final de la vida de la célula. Este punto generalmente se alcanza cuando las baterías de iones de litio están perdiendo energía rápidamente. Un comportamiento que mucha gente conoce por sus teléfonos móviles, cuando al cabo de unos años tiene que cargarse cada vez con más frecuencia y cada vez dura menos.
Recordamos que con cada ciclo de carga la batería pierde un poquito de su vida útil. Si se calcula, la celda de la batería necesita alrededor de 800 ciclos de carga para perder el uno por ciento de su capacidad original.
Sin duda, ahora se puede preguntar qué valor tienen esos resultados y con cuanta frecuencia debería cargarse en primer lugar. Actualmente asumimos que un sistema de almacenamiento doméstico en Alemania solo necesita alrededor de 250 ciclos de carga por año para el autoconsumo promedio de un hogar, menos del 1% de los ciclos totales que ahora se miden en el laboratorio. En otros países como Italia o Australia puede haber más. Dado que sonnen abastece a los mercados internacionales, estos requisitos también deben tenerse en cuenta.
En sonnen, sin embargo, asumimos que se necesitarán más ciclos de carga en el futuro que para el autoconsumo actual. Como regla general, esto todavía se caracteriza en gran medida por el hecho de que el sistema fotovoltaico y el almacenamiento solo cubren la electricidad doméstica normal.
El uso cada vez mayor de coches eléctricos, por ejemplo, podría imponer mayores exigencias a los sistemas de almacenamiento. En términos concretos, ya podemos observar hoy que el uso de sonnenBatterie en nuestra central eléctrica virtual (VPP) aumenta el número de ciclos de carga necesarios porque las sonnenBatteries también se utilizan para servicios de red además del autoconsumo. Este desarrollador apenas está comenzando y cobrará aún más impulso en los años venideros.
Los resultados de nuestras pruebas muestran que la tecnología de batería utilizada por sonnen ya está a la altura de estos desafíos y, por lo tanto, está preparada para el futuro.
Un alto número de ciclos de carga también es una característica de calidad general para las baterías, ya sea que se utilicen al máximo o no. Aquí nuevamente un ejemplo de cálculo para ilustrar: si una batería aún puede tener el 80% de su capacidad inicial después de 10,000 ciclos de carga, por ejemplo, teóricamente perderá alrededor del 1% de su capacidad después de 500 ciclos.
Una celda de batería que ya alcanza el 80% de su capacidad inicial después de 3.000 ciclos de carga pierde el 1% de su capacidad después de 125 ciclos. Esto significa que, por ejemplo, después de cuatro años de autoconsumo con 250 ciclos de carga al año, el 98% de la capacidad original todavía está disponible para la primera celda de la batería y solo el 92% para la otra.
¿Por qué las baterías para almacenamiento doméstico tienen sus propios requisitos?
Las baterías de iones de litio para almacenamiento en el hogar tienen un perfil de requisitos especiales que se diferencia, por ejemplo, de los automóviles eléctricos o la electrónica de consumo. Basándose en el conocimiento adquirido en su propio laboratorio de baterías, sonnen solo ha utilizado baterías LFP hasta ahora, ya que solo ellas pudieron cumplir con nuestros requisitos centrales de seguridad, longevidad, rendimiento y compatibilidad ambiental.
A modo de comparación: una batería de teléfono inteligente convencional suele gestionar alrededor de 500 ciclos de carga completa¹. sonnen también ha probado las típicas pilas de batería de un coche eléctrico, que llegan al final de su vida útil después de alrededor de 2.000 a 4.000 ciclos de carga².
Estas celdas de batería son ideales para la electromovilidad porque tienen una alta densidad de energía. Esto significa que ofrecen una relación óptima de peso, espacio y rendimiento. Suponiendo una autonomía de 250 km por ciclo de carga, 3.000 ciclos de carga corresponden a unos 750.000 km. Definitivamente un valor de ensueño para un automóvil. Sin embargo, estas celdas de batería no serían adecuadas para la sonnenBatterie, ya que en Alemania estaría muy cerca del final de su vida útil después de solo 10 años con puro autoconsumo.
Ciclos de carga para coches eléctricos
Además de probar las celdas de batería individuales, sonnen también prueba los módulos de batería. Un módulo de batería consta de muchas celdas de batería individuales. Una sonnenBatterie actual con un tamaño de 11 kWh, por ejemplo, consta de cuatro módulos de batería de 2,75 kWh cada uno. En un módulo de batería, las celdas de la batería están controladas por el sistema de gestión de la batería (BMS) de modo que, idealmente, siempre estén en la zona de confort y estén coordinadas entre sí.
Un módulo de batería, que consta de más de 200 celdas de batería del mismo tipo que la celda de batería mencionada anteriormente, ya ha logrado más de 10,000 ciclos de carga en una prueba de laboratorio y aún puede mostrar el 83% de su capacidad original. Por tanto, el valor está por encima del número de ciclos garantizados por sonnen.
La cuestión del envejecimiento del calendario aún permanece. Esto es ahora casi 8 años para la celda de batería probada. Por supuesto, no se pueden sacar conclusiones de esto sobre el envejecimiento futuro, pero hasta ahora este es un factor que no tiene ningún efecto sobre el funcionamiento de la batería.
Además, las duras condiciones de prueba de carga y descarga varias veces al día conducen a un mayor calentamiento de la celda de la batería en un corto período de tiempo de lo que sería normalmente el caso. Estas temperaturas más altas también aceleran el envejecimiento calendario. A este respecto, suponemos que el resultado ya corresponde a un envejecimiento calendario más prolongado que en el uso normal.
Además del hecho de que las baterías LFP no contienen cobalto y prometen propiedades de seguridad confiables, los resultados de las pruebas ahora también confirman su extraordinaria estabilidad de ciclo. Cuanto más dura una batería, más tiempo se pueden utilizar los recursos utilizados para ella.
Esto aumenta la sostenibilidad y mejora la eficiencia de los recursos. Un ejemplo sencillo: un módulo de batería teórico con un tamaño de 1 kWh y una vida útil de 3.000 ciclos de carga puede almacenar 3.000 kWh.
En aras de la simplicidad, ahora se han dejado de lado la pérdida de capacidad y la pérdida de eficiencia. El mismo módulo de batería con 10,000 ciclos de carga puede almacenar 10,000 kWh. Dado que ambas baterías requieren aproximadamente la misma cantidad de recursos en producción, la batería de mayor duración es más de tres veces más eficiente. Con el mismo gasto de recursos, se puede utilizar tres veces más energía antes de tener que producir una batería nueva.
Dado que aún no se ha alcanzado el final de la vida útil, continuarán las pruebas a largo plazo de las celdas y los módulos de la batería.
¿Cómo se hace realmente una sonnenBatterie?
En sonnen, nuestra visión es energía limpia y asequible para todos. El corazón de esta visión es sonnenBatterie, nuestro almacenamiento de energía solar para una nueva era energética. Aquí es donde se concentra todo nuestro know-how, que hemos construido como pioneros en el mercado de almacenamiento de energía durante más de diez años.
Así que eche un vistazo a cómo se ve el viaje de una batería sonnen: desde la primera idea hasta la producción e instalación del sistema de almacenamiento de electricidad en el hogar.
¹ Véase, entre otros, https://www.researchgate.net/publication/312963977_Durability_and_cycle_frequency_of_smartphone_and_tablet_lithium-ion_batteries_in_the_field; https://www.apple.com/de/batteries/service-and-recycling/
² Los resultados se refieren expresamente únicamente a las pruebas realizadas por sonnen.
