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Sistemas de almacenamiento de energía de baterías refrigerados por aire frente a refrigerados por líquido
GUÍA DE GESTIÓN TÉRMICA BESS
La refrigeración es fácil de pasar por alto cuando se comparan sistemas de almacenamiento de energía con baterías. Los compradores suelen comenzar con la capacidad de la batería, la potencia del PCS y el precio, pero la forma en que un BESS gestiona el calor también afecta el funcionamiento del sistema en condiciones reales.
Para proyectos comerciales e industriales, dos enfoques comunes son la refrigeración por aire y la refrigeración líquida. Cada una tiene ventajas y ninguna de ellas debería seleccionarse sólo porque una tecnología parezca más avanzada.
Un útilBESS refrigerado por aire versus refrigerado por líquidoLa comparación debe tener en cuenta el control de temperatura, la densidad de la batería, las condiciones ambientales, los requisitos de mantenimiento, la frecuencia de los ciclos y el diseño general del proyecto.
¿Refrigeración por aire o refrigeración líquida?
La refrigeración por aire generalmente ofrece una arquitectura de gestión térmica más simple, mientras que la refrigeración líquida proporciona una transferencia de calor más directa y se utiliza cada vez más en instalaciones BESS comerciales e industriales compactas y de mayor capacidad. La elección correcta depende de cómo y dónde funcionará el sistema.
¿Por qué necesita refrigeración un sistema de almacenamiento de energía en batería?
Las celdas de la batería generan calor durante la carga y descarga. La cantidad de calor depende de la potencia operativa, la frecuencia del ciclo, el diseño de la batería y las condiciones ambientales.
Sin adecuadogestión térmica de la batería, las temperaturas pueden aumentar de manera desigual entre módulos o diferentes áreas del gabinete.
Un sistema de refrigeración diseñado correctamente ayuda a:
- Mantenga los módulos de batería dentro de un rango de temperatura de funcionamiento adecuado
- Reducir grandes diferencias de temperatura entre módulos
- Admite un rendimiento constante de carga y descarga
- Gestionar el calor durante ciclos diarios repetidos
- Admite funcionamiento con batería a largo plazo
- Proporcionar condiciones más predecibles para el BMS
Por lo tanto, los requisitos de refrigeración aumentan a medida que aumenta la densidad de la batería, la potencia operativa, la temperatura ambiente o la intensidad de los ciclos.
¿Cómo funciona un BESS refrigerado por aire?
UnBESS refrigerado por aireutiliza flujo de aire acondicionado para eliminar el calor de los módulos de batería y otros componentes internos.
Los ventiladores, canales de aire o equipos HVAC hacen circular aire a través del gabinete o gabinete. El calor se transfiere desde los módulos de batería al aire circundante, y ese aire caliente luego se aleja o se enfría antes de circular nuevamente.
Ventajas de la refrigeración por aire
- Arquitectura de refrigeración relativamente sencilla
- Menos componentes relacionados con el refrigerante
- Inspección sencilla de ventiladores y rutas de flujo de aire.
- Adecuado para muchas aplicaciones de capacidad moderada
- Puede ofrecer una menor complejidad del sistema térmico
Puntos a considerar
- Las rutas de flujo de aire requieren espacio interno
- La uniformidad de la temperatura depende en gran medida del diseño del gabinete.
- Las altas temperaturas ambientales aumentan la demanda de refrigeración
- Los ventiladores y filtros requieren inspección periódica.
- Una mayor densidad de la batería puede hacer que la gestión del flujo de aire sea más desafiante
¿Cómo funciona un BESS refrigerado por líquido?
ABESS refrigerado por líquidoutiliza un refrigerante circulante para transferir calor lejos de los módulos de batería.
Dependiendo del diseño, cerca de los módulos se colocan placas de refrigeración u otros componentes de transferencia de calor. El refrigerante absorbe calor y lo transporta a través del circuito de gestión térmica, donde ese calor se elimina antes de que el refrigerante regrese al sistema de batería.
Debido a que la ruta de transferencia de calor puede ubicarse cerca de los módulos de batería, la refrigeración líquida es muy adecuada para sistemas compactos donde se instalan muchas celdas dentro de un gabinete relativamente pequeño.
Ventajas de la refrigeración líquida
- Transferencia de calor directa cerca de los módulos de batería.
- Mejor soporte para la uniformidad de la temperatura.
- Adecuado para armarios de baterías compactos y de alta densidad.
- Muy adecuado para el ciclismo diario repetido.
- Útil para proyectos C&I BESS de mayor capacidad
Puntos a considerar
- Más componentes de gestión térmica
- Los circuitos de refrigerante requieren una inspección de rutina
- Las bombas, accesorios y componentes de transferencia de calor deben recibir mantenimiento.
- El mantenimiento del sistema requiere estar familiarizado con la arquitectura de refrigeración.
- La complejidad inicial del sistema puede ser mayor que la del enfriamiento por aire básico
BESS refrigerado por aire frente a líquido: diferencias clave
La diferencia no se limita a cómo se elimina el calor. La tecnología de refrigeración también afecta el diseño del gabinete, la uniformidad de la temperatura, el mantenimiento y los tipos de proyectos que BESS puede soportar cómodamente.
| Factor de comparación | BESS refrigerado por aire | BESS refrigerado por líquido |
|---|---|---|
| Método de enfriamiento | Utiliza flujo de aire acondicionado para alejar el calor de los módulos de batería y los componentes internos. | Utiliza un circuito de refrigerante líquido ubicado más cerca de los módulos de batería para transferir calor. |
| Control de temperatura | Adecuado para muchos requisitos moderados de gestión térmica. | Proporciona una transferencia de calor más directa y puede soportar un control de temperatura más estricto. |
| Uniformidad de temperatura | Depende en gran medida de la distribución del flujo de aire y la disposición del gabinete. | Puede mantener temperaturas más consistentes en módulos de batería densamente dispuestos. |
| Densidad de la batería | Los canales de aire y el espacio de circulación pueden afectar la densidad de energía del gabinete. | Admite disposiciones de baterías de alta densidad más compactas. |
| Arquitectura de refrigeración | Generalmente más sencillo. | Incluye circuitos de refrigeración, bombas y componentes adicionales de gestión térmica. |
| Mantenimiento de rutina | Los ventiladores, filtros, rutas de flujo de aire y componentes HVAC requieren inspección. | El refrigerante, las bombas, las tuberías, los accesorios y los componentes de transferencia de calor requieren inspección. |
| Alta temperatura ambiente | El rendimiento depende en gran medida de la capacidad de HVAC y del diseño del flujo de aire. | A menudo se considera cuando los sistemas de alta densidad requieren una eliminación de calor más controlada. |
| Ajuste típico del proyecto | Sistemas de capacidad moderada y condiciones térmicas menos exigentes. | Almacenamiento de C&I de mayor capacidad, ciclos frecuentes e instalaciones compactas. |
¿Qué método de enfriamiento ofrece una mejor uniformidad de temperatura?
La uniformidad de la temperatura es importante porque los módulos de batería que funcionan a diferentes temperaturas pueden experimentar diferentes condiciones de funcionamiento con el tiempo.
La refrigeración por aire depende de cómo se mueve el aire acondicionado a través del recinto. Los módulos cercanos al flujo de aire entrante pueden experimentar condiciones térmicas diferentes a las de los módulos ubicados más lejos a lo largo de la ruta del flujo de aire.
El diseño cuidadoso de los conductos y la gestión del flujo de aire pueden reducir estas diferencias, pero el desafío se vuelve mayor a medida que se colocan más módulos de batería dentro de un gabinete compacto.
La refrigeración líquida acerca la ruta de transferencia de calor a los módulos de batería. Esto puede facilitar el mantenimiento de una diferencia de temperatura más estrecha en un sistema de batería de alta densidad.
Sin embargo, la tecnología de refrigeración por sí sola no determina el rendimiento del sistema. Un sistema enfriado por aire bien diseñado puede funcionar mejor que un sistema enfriado por líquido mal diseñado.
¿Cómo afecta el enfriamiento la huella de BESS?
El espacio de instalación es un factor importante para muchos proyectos comerciales de almacenamiento de energía.
Los gabinetes enfriados por aire necesitan suficiente espacio interno para los canales y la circulación del aire. A medida que aumenta la capacidad de la batería, mantener un flujo de aire adecuado en todo el gabinete puede requerir espacio adicional.
La refrigeración líquida puede transferir calor sin depender de grandes rutas de flujo de aire alrededor de cada módulo. Esto admite disposiciones de baterías más compactas y puede aumentar la cantidad de energía que se puede instalar dentro de un espacio determinado del gabinete.
Para proyectos donde el espacio para equipos es limitado, esto puede convertirse en una consideración importante al comparar configuraciones de BESS.
¿Qué método de enfriamiento es mejor para climas cálidos?
Los climas cálidos imponen una demanda adicional a cualquier sistema de enfriamiento de baterías porque el BESS debe eliminar el calor generado internamente mientras funciona a una temperatura ambiente alta.
Los desarrolladores de proyectos deben revisar:
- Temperatura ambiente máxima esperada
- Exposición directa a la luz solar
- Instalación exterior o interior
- Espacio libre del gabinete
- Frecuencia diaria de carga y descarga
- Potencia máxima de la batería
- Capacidad del sistema de refrigeración
- Alarmas térmicas y estrategia de protección.
La refrigeración líquida puede resultar atractiva para sistemas de alta densidad que operan en entornos térmicos exigentes, pero la decisión aún debe basarse en las condiciones reales del sitio y no solo en el clima.
¿Cómo afecta el ciclismo diario a los requisitos de refrigeración?
Una batería de respaldo que funciona solo durante fallas ocasionales de la red tiene un perfil térmico diferente al de un BESS que se usa todos los días.
Los sistemas de almacenamiento comerciales utilizados para reducir los picos, el cambio de energía solar o la carga y descarga programadas pueden realizar ciclos regulares.
Cada ciclo de carga y descarga produce calor. Cuando esos ciclos ocurren a diario, el sistema de gestión térmica debe eliminar ese calor repetidamente mientras mantiene temperaturas adecuadas de la batería.
Ésta es una de las razones por las que la refrigeración líquida se utiliza cada vez más en sistemas comerciales diseñados para un funcionamiento frecuente.
¿La refrigeración líquida prolonga la vida útil de la batería?
Es mejor evitar tratar la tecnología de refrigeración como el único factor que determina la duración de la batería.
La vida útil de la batería también depende de:
- Química celular y calidad celular.
- Temperatura de funcionamiento
- Profundidad de descarga
- Tasa de carga y descarga
- Frecuencia del ciclo
- Configuración de BMS
- Estrategia de estado de carga
- Mantenimiento
Una buena gestión térmica ayuda a mantener un entorno operativo más controlado y puede reducir el estrés térmico innecesario.
Por lo tanto, la refrigeración líquida puede ser valiosa en sistemas comerciales de alta densidad donde las temperaturas constantes de la batería son importantes, pero debe verse como una parte del diseño completo de BESS.
¿Es más fácil mantener la refrigeración por aire?
La refrigeración por aire normalmente tiene una arquitectura mecánica más simple porque no utiliza un circuito de circulación de líquido.
El mantenimiento de rutina puede implicar:
- Comprobando fans
- Limpieza o reemplazo de filtros.
- Inspección de las rutas del flujo de aire
- Comprobación del funcionamiento de HVAC
- Monitoreo de sensores de temperatura
Un sistema refrigerado por líquido agrega componentes como bombas, circuitos de refrigerante, tuberías, accesorios e intercambiadores de calor.
Para los compradores, las preguntas importantes no son simplemente si el sistema utiliza aire o líquido, sino cómo se realiza el mantenimiento del sistema de refrigeración.
- ¿Con qué frecuencia se debe inspeccionar el sistema de enfriamiento?
- ¿El refrigerante requiere revisión periódica?
- ¿Las bombas o los componentes de refrigeración se pueden reemplazar en el sitio?
- ¿Cómo se detectan los fallos de refrigeración?
- ¿Qué alarmas están disponibles?
- ¿Qué soporte de mantenimiento está disponible después de la instalación?
Refrigeración por aire versus refrigeración líquida: ¿qué pasa con el costo?
Un sistema de refrigeración por aire suele tener menos componentes relacionados con la refrigeración, mientras que la refrigeración líquida requiere bombas, circuitos de refrigeración y equipos de transferencia de calor adicionales.
Esto puede hacer que la arquitectura inicial de gestión térmica de la refrigeración líquida sea más compleja.
Sin embargo, el precio del equipo no debería ser la única comparación.
Para proyectos comerciales, las consideraciones sobre el ciclo de vida pueden incluir:
- Huella de instalación
- Consumo de energía de refrigeración
- Requisitos de mantenimiento
- Frecuencia de ciclo esperada
- Temperatura ambiente
- Condiciones de funcionamiento de la batería
- Falta del tiempo
- Vida esperada del proyecto
El costo inicial de enfriamiento más bajo no es necesariamente el costo general más bajo durante la vida útil del proyecto.
¿Cuándo es una buena opción un BESS refrigerado por aire?
La refrigeración por aire puede ser una opción práctica cuando el sistema tiene requisitos térmicos moderados y no necesita una densidad de batería extremadamente alta.
- La capacidad del sistema es moderada.
- Las condiciones ambientales no son inusualmente exigentes.
- El ciclo de la batería es menos intensivo
- El espacio de instalación disponible no está muy limitado
- El proyecto prefiere una arquitectura de refrigeración más sencilla.
¿Cuándo es mejor un BESS refrigerado por líquido?
La refrigeración líquida se utiliza cada vez más en el almacenamiento comercial e industrial de alta densidad, donde se requiere una transferencia de calor más controlada.
- El BESS almacena varios cientos de kilovatios-hora en un gabinete compacto
- Se espera que la batería realice ciclos regularmente.
- El sitio tiene mayores requisitos de energía de carga o descarga.
- La instalación funciona en temperaturas ambiente exigentes.
- El espacio disponible para el equipo es limitado
- La uniformidad de la temperatura es una importante prioridad de diseño.
Opciones BESS comerciales refrigeradas por líquido de Voltertech
Para proyectos C&I donde se prefiere la gestión térmica líquida, Voltertech ofrece configuraciones de almacenamiento de baterías comerciales con diferentes capacidades y niveles de potencia de batería.
Esta configuración combina 215 kWh de almacenamiento de batería con 100 kW de potencia nominal y refrigeración líquida.
- Capacidad de la batería de 215 kWh
- Potencia nominal de 100kW
- Refrigeración líquida
- Aplicación comercial e industrial.
- Diseñado para proyectos híbridos fotovoltaicos, almacenamiento y diésel.
Se puede considerar para sitios de C&I donde el almacenamiento de baterías necesita funcionar junto con la energía solar fotovoltaica, la energía eléctrica o la generación diésel.
Ver BESS de 215kWh / 100kWLa configuración de 233 kWh aumenta la energía almacenada mientras se mantiene dentro de la clase de potencia de 100 kW.
- Capacidad de la batería de 233kWh
- Clase de potencia de 100kW
- Refrigeración líquida
- Química de la batería LiFePO4
- Diseño de gabinete de baterías comercial.
Puede evaluarse para aplicaciones comerciales de gestión de energía donde es necesario considerar en conjunto la capacidad de la batería, el control térmico y la huella de la instalación.
Ver BESS de 233kWh / 100kWEsta configuración combina una capacidad de batería mayor de 261 kWh con una potencia nominal de 125 kW para aplicaciones comerciales e industriales de mayor demanda.
- Capacidad de la batería de 261 kWh
- Potencia nominal de 125kW
- Refrigeración líquida
- Configuración de almacenamiento de baterías industriales.
- Diseñado para la gestión de energía comercial.
Es relevante para proyectos en los que es necesario gestionar tanto una mayor demanda de energía como una mayor capacidad de energía almacenada dentro de un C&I BESS.
Ver BESS de 261kWh / 125kWComparación rápida de opciones BESS refrigeradas por líquido Voltertech
| Configuración | Energía de la batería | Potencia nominal | Enfriamiento | Consideración del proyecto |
|---|---|---|---|---|
| 215kWh/100kW | 215 kWh | 100kW | Refrigeración líquida | Aplicaciones híbridas fotovoltaicas, de baterías, de red y diésel |
| 233kWh / 100kW | 233kWh | 100kW | Refrigeración líquida | Gestión de energía comercial con capacidad de batería adicional en la clase de potencia de 100 kW |
| 261kWh / 125kW | 261 kWh | 125kW | Refrigeración líquida | Aplicaciones de gestión de energía industrial y comercial de mayor potencia |
Para otras configuraciones de capacidad y potencia, explore elGama de sistemas de almacenamiento de energía comercial Voltertech.
Cómo elegir entre BESS refrigerado por aire y por líquido
No se debe seleccionar un método de enfriamiento antes de comprender el resto del proyecto.
Antes de comparar las opciones de gestión térmica, recopile la siguiente información:
- Capacidad requerida de la batería en kWh
- Potencia requerida del PCS en kW
- Frecuencia diaria esperada de ciclismo
- Duración típica de carga y descarga
- Temperatura ambiente máxima
- Instalación interior o exterior
- Espacio disponible para equipos
- Capacidad de mantenimiento
- Requisitos de expansión futura
- Vida operativa esperada
Estos factores proporcionan una base mucho mejor para la selección del sistema de refrigeración que simplemente comparar la refrigeración por aire y la refrigeración líquida como tecnologías aisladas.
Errores comunes al comparar sistemas de refrigeración BESS
Asumir que la refrigeración líquida siempre es mejor
La refrigeración líquida proporciona ventajas importantes en muchos sistemas de alta densidad, pero no todos los proyectos requieren la misma capacidad de gestión térmica.
Comparando sólo el precio inicial
El costo inicial del equipo es sólo una parte del proyecto. También se deben considerar el tamaño de la instalación, el mantenimiento, la energía de refrigeración y las condiciones de funcionamiento.
Ignorar la temperatura ambiente
El mismo BESS puede enfrentar requisitos de refrigeración muy diferentes en un ambiente interior templado y en una instalación exterior de alta temperatura.
Ignorar el ciclo de trabajo
Una batería que se utiliza ocasionalmente como respaldo no tiene los mismos requisitos de enfriamiento que un sistema que se carga y descarga todos los días.
Elegir el método de enfriamiento antes de dimensionar el BESS
La capacidad de la batería, la potencia del PCS y el perfil operativo esperado deben establecerse antes de finalizar el requisito de gestión térmica.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre BESS enfriado por aire y enfriado por líquido?
Un BESS enfriado por aire utiliza un flujo de aire acondicionado para eliminar el calor de los módulos de batería, mientras que un BESS enfriado por líquido utiliza un refrigerante circulante y componentes de transferencia de calor ubicados más cerca de los módulos de batería. La refrigeración líquida puede admitir un control térmico más directo y disposiciones de batería compactas.
¿Es mejor la refrigeración líquida para el almacenamiento de baterías comerciales?
La refrigeración líquida puede ser una buena opción para sistemas de alta capacidad, ciclos frecuentes, instalaciones compactas y entornos térmicos exigentes. El mejor método de enfriamiento aún depende de las condiciones operativas del proyecto.
¿Es la refrigeración por aire más sencilla que la refrigeración líquida?
La refrigeración por aire generalmente utiliza una arquitectura térmica más simple porque no existe un circuito de circulación de líquido. Sin embargo, los ventiladores, los filtros, las rutas de flujo de aire y los equipos HVAC aún requieren inspección y mantenimiento.
¿La refrigeración líquida hace que un sistema de almacenamiento de energía en batería sea más seguro?
La refrigeración es sólo una parte de la seguridad BESS. La gestión térmica puede ayudar a mantener temperaturas adecuadas de la batería, pero la seguridad general también depende de la química de la batería, la protección BMS, la protección eléctrica, la protección contra incendios, el monitoreo, el diseño de la instalación y los procedimientos operativos.
¿Requiere mantenimiento un BESS refrigerado por líquido?
Sí. El estado del refrigerante, las bombas, las tuberías, los accesorios, los sensores y otros componentes de gestión térmica deben incluirse en el plan de inspección y mantenimiento del sistema.
¿Qué método de enfriamiento es mejor para climas cálidos?
Las altas temperaturas ambiente aumentan los requisitos de refrigeración de cualquier sistema de almacenamiento de baterías. La refrigeración líquida puede ser útil para sistemas de alta densidad que requieren una gestión más estricta de la temperatura, pero la elección final debe considerar la temperatura del sitio, la potencia del sistema, la frecuencia del ciclo y el diseño del gabinete.
¿Es necesaria la refrigeración líquida para todos los BESS comerciales?
No. La refrigeración por aire aún puede ser adecuada para muchas aplicaciones de almacenamiento comercial. La tecnología de refrigeración debe seleccionarse según la densidad de la batería, el perfil operativo, las condiciones de instalación y los requisitos térmicos.
Elija el sistema de enfriamiento alrededor del proyecto
No existe una respuesta universal sobre si es mejor la refrigeración por aire o la refrigeración líquida.
La refrigeración por aire ofrece un enfoque relativamente sencillo y sigue siendo adecuado para muchas aplicaciones de almacenamiento de baterías. La refrigeración líquida proporciona una transferencia de calor más directa y se utiliza cada vez más en sistemas comerciales e industriales compactos y de mayor capacidad.
Para los contratistas EPC, instaladores y desarrolladores de proyectos, la pregunta importante es si el BESS completo puede mantener las condiciones operativas adecuadas bajo los requisitos reales de carga, temperatura, ciclos e instalación del sitio.
Envíe a Voltertech la capacidad de batería requerida, la potencia del PCS, el perfil de carga, la temperatura ambiente, las condiciones de instalación y los requisitos operativos. Podemos revisar la información del proyecto y discutir una configuración comercial BESS adecuada.
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