Los sistemas de almacenamiento de energía son clave para mejorar la eficiencia energética

Los sistemas de almacenamiento de energía (ESS) se han vuelto cruciales para mejorar la eficiencia en aplicaciones de energía. Al almacenar la energía generada por los sistemas fotovoltaicos, los hogares y las empresas pueden utilizar la energía almacenada cuando el sistema fotovoltaico opera con baja eficiencia, como por la noche o en días nublados, e incluso puede ser devuelta a la red. Este artículo presentará la arquitectura y las aplicaciones de los ESS, junto con las características de las soluciones ofrecidas por Murata.

Un Sistema de Almacenamiento de Energía (ESS) es un sistema diseñado para convertir energía eléctrica en otras formas para su almacenamiento y luego convertirla nuevamente en energía eléctrica cuando se necesita. El ESS puede trabajar con sistemas de energía renovable como solar y eólica para almacenar energía excedente y proporcionar energía estable durante condiciones climáticas adversas o picos de demanda eléctrica.

El ESS también se utiliza para equilibrar el suministro y la demanda de energía en microrredes, mejorando la estabilidad y la confiabilidad del sistema. Sirve como fuente de energía de respaldo, garantizando una operación continua durante emergencias. El ESS puede cargarse durante períodos de bajo consumo energético y descargarse durante picos de demanda, desplazando eficazmente el consumo de energía y reduciendo los costos de electricidad en los picos. Además, el ESS también puede usarse en vehículos eléctricos, ofreciendo un almacenamiento de energía eficiente para extender el rango de conducción y mejorar el rendimiento del vehículo.

La arquitectura y las aplicaciones de un Sistema de Almacenamiento de Energía (ESS) pueden ajustarse según diferentes requisitos y entornos. Generalmente, la arquitectura de un ESS incluye componentes de almacenamiento de energía, convertidores de potencia, sistemas de control, refrigeración del sistema y protección.

Los componentes de almacenamiento de energía pueden consistir en baterías y supercapacitores. En general, el núcleo de los ESS suele ser la batería, y los tipos comunes incluyen baterías de ion de litio, baterías de cobalto-litio, baterías de níquel-litio y otras. Estas baterías almacenan energía eléctrica para su uso posterior. Además, los supercapacitores también pueden ser utilizados para lograr una descarga rápida de energía, manejando demandas de alta potencia en situaciones transitorias.

La sección de conversión de potencia comprende inversores y convertidores. Los inversores se utilizan para convertir corriente continua (DC) en corriente alterna (AC) para su uso en hogares, industrias o la red eléctrica. Por otro lado, los convertidores se emplean para convertir la energía eléctrica en otras formas, como energía mecánica o térmica.

El sistema de control sirve como el cerebro del ESS, donde los controladores inteligentes del sistema pueden supervisar el estado de la batería, los requisitos de carga y las condiciones de la red. Regulan los procesos de carga y descarga de la batería para garantizar un rendimiento óptimo y la vida útil. Por otro lado, se puede integrar un Sistema de Gestión de Energía (EMS) para optimizar el funcionamiento del sistema de almacenamiento, coordinar diversos recursos energéticos y optimizar la eficiencia general del sistema.

Para garantizar el funcionamiento seguro del ESS, un sistema de enfriamiento es esencial para mantener la temperatura adecuada de las baterías y los componentes electrónicos, mejorando la eficiencia y prolongando la vida útil. Las funciones de protección de seguridad incluyen protección contra sobretensión, protección contra sobrecorriente, protección de temperatura, y más, para asegurar la operación segura del sistema de almacenamiento de energía.

Un termistor es un dispositivo semiconductor cuya resistencia cambia con la temperatura. Se utiliza principalmente en el ámbito de detección y control de temperatura, desempeñando un papel en la detección de temperatura de un sistema de control ESS. Dependiendo de cómo cambia la resistencia con la temperatura, los termistores se dividen en dos categorías principales: termistor de coeficiente positivo de temperatura (termistor PTC) y termistor de coeficiente negativo de temperatura (termistor NTC).

Los termistores PTC presentan un aumento de resistencia con el aumento de la temperatura. Se utilizan principalmente para protección contra sobrecorriente, interruptores de temperatura y protección de autorrecuperación de dispositivos de calentamiento. En los dispositivos electrónicos, cuando la corriente excede el valor nominal, el valor de resistencia del PTC conectado en serie con el objeto protegido en el circuito aumenta debido a su propio calor, lo que puede suprimir la corriente excesiva. Además, los termistores PTC también pueden funcionar como interruptores de temperatura; el aumento del valor de resistencia del PTC puede activar acciones de interruptores correspondientes cuando la temperatura del sistema excede un valor predeterminado.

Por otro lado, los termistores NTC exhiben una disminución en la resistencia con el aumento de la temperatura. Esta característica puede utilizarse para monitorear la temperatura de dispositivos o equipos electrónicos para garantizar su funcionamiento normal. En algunas aplicaciones, los termistores NTC se emplean para compensar las variaciones de temperatura en los dispositivos, manteniendo un rendimiento estable.

Los termistores NTC se encuentran comúnmente en nuestra vida diaria, sirviendo como sensores de temperatura en termómetros, aires acondicionados, controladores de temperatura en teléfonos inteligentes, hervidores eléctricos, planchas y controladores de corriente en dispositivos de potencia. Con el aumento de la electrificación de los vehículos, los termistores NTC también se utilizan cada vez más en productos automotrices, como paquetes de baterías integrados, LiDAR, etc. Además, los termistores pueden ser ampliamente utilizados en diversos proyectos industriales y energéticos, incluyendo infraestructura de carga rápida para vehículos eléctricos, inversores solares, inversores de almacenamiento energético y paquetes de baterías, etc.

Murata ofrece varios tipos de termistores para satisfacer las necesidades de las aplicaciones ESS. Los productos de termistores de Murata se pueden dividir en dos series principales: termistores NTC y termistores PTC. La serie de termistores NTC incluye el tipo de aplicación NCU de alta fiabilidad, el tipo de aplicación NCP de grado de consumo (civil) y el tipo de montaje con pegamento conductivo NCG, entre otros. La serie de termistores PTC incluye el tipo de protección contra sobrecalentamiento PRF y el tipo de protección contra sobrecorriente PRG. Entre ellos, la serie NCU es la más utilizada en proyectos automotrices y energéticos.

La serie NCU de Murata es un termistor NTC de tipo SMD. Debido a su estructura especial: el electrodo externo de cobre, ofrece alta confiabilidad y se puede aplicar de manera flexible en varios escenarios que requieren detección de temperatura, incluso en entornos exigentes. Es el principal miembro de los termistores de Murata, utilizado principalmente para la detección de temperatura (alta confiabilidad), especialmente adecuado para el mercado automotriz que requiere alta confiabilidad, para lograr la detección de temperatura y la compensación de temperatura en un amplio rango de temperaturas.

Murata también ofrece una serie de convertidores DC-DC para control de compuertas específicamente diseñados para circuitos de control de compuertas, incluyendo IGBT, SiC, MOS, GaN y otras líneas de productos, normalmente utilizados en soluciones de nueva energía, control de movimiento, movilidad y salud. Estos productos cuentan con una capacitancia de aislamiento ultrabaja de 3pF, voltaje de salida bipolar optimizado para control de compuertas IGBT/SiC y MOS, capacidad de resistir voltaje de enlace DC de hasta 3KV, fiabilidad contra descargas parciales, inmunidad frente a dv/dt de más de 80kV/µS a 1.6kV y otras características.

Murata ha comercializado convertidores DC-DC aislados específicamente diseñados para manejar la alta frecuencia de los semiconductores de potencia GaN de próxima generación, contribuyendo a la rápida conversión de energía requerida para diversas aplicaciones. La serie MGN1 de convertidores DC-DC de salida de 1W de Murata está diseñada para proporcionar el voltaje necesario para los controladores de puerta de los dispositivos GaN.

Los dispositivos de la serie MGN1 ofrecen una tecnología de montaje en superficie con perfil bajo y pequeña huella, proporcionando una solución delgada que se puede integrar fácilmente en sistemas con limitaciones de espacio. También cuentan con la ventaja de un diseño ligero, ofreciendo mayores oportunidades de despliegue. Los voltajes de salida ofrecidos incluyen +8V, +12V, y +6/-3V.

Uno de los atributos clave de los convertidores DC-DC de la serie MGN1 es la capacitancia de aislamiento ultra-baja de 2.5pF (valor típico). Esto minimiza el acoplamiento transitorio en la puerta aislada, evitando la distorsión de señales y mitigando problemas de EMI en el sistema. Los dispositivos cuentan con una inmunidad a transitorios de modo común (CMTI) de >200kV/μs, lo que los hace ideales para sistemas basados en GaN de conmutación rápida, asegurando la integridad de las señales del controlador de puerta. Con su excelente inmunidad a descargas parciales, estos convertidores pueden operar de manera confiable bajo condiciones de alto voltaje.

Los convertidores DC-DC de la serie Murata MGN1 admiten una tensión continua de aislamiento de barrera de 1,1kV. Estos convertidores cuentan con una distancia de fuga y datos de separación de 6,5mm, y su rango de temperatura de funcionamiento de -40°C a +105°C les permite ser instalados en entornos exigentes. Al mismo tiempo, incorporan mecanismos de protección contra polaridad inversa y cortocircuitos.

Estos nuevos convertidores DC-DC pueden ser utilizados en diversas aplicaciones basadas en GaN, incluidas infraestructuras de carga rápida para vehículos eléctricos, convertidores de almacenamiento de baterías, implementaciones de redes inteligentes, inversores solares, interruptores de circuitos en estado sólido, centros de datos e ICT, turbinas eólicas y unidades de accionamiento de motores.

La integración de los sistemas de almacenamiento de energía con nuevas aplicaciones energéticas puede mejorar significativamente la eficiencia del uso de la energía. Para gestionar, controlar y garantizar de manera efectiva la seguridad de los sistemas de almacenamiento de energía en estas aplicaciones, se requieren numerosos componentes clave. El mercado para estas aplicaciones tiene un enorme potencial. Murata ha introducido una gama completa de termistores y convertidores DC-DC, ofreciendo capacidades de monitoreo mejoradas y eficiencia en la conversión de energía para sistemas de almacenamiento de energía. Los fabricantes interesados en ingresar a este mercado pueden encontrar beneficioso explorar y adoptar las soluciones de Murata.