La eficiencia del almacenamiento de energía y los precios determinan la economía

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Fuente: https://www.pv-magazine.com

Estimar el costo total del almacenamiento de energía conectado a una instalación fotovoltaica en la azotea es un asunto complejo que involucra factores como los impuestos, el entorno de políticas, la vida útil del sistema e incluso el clima. Como parte de su amplia descripción del almacenamiento de energía distribuido en Alemania, pv magazine Alemania analizó la eficiencia de diferentes sistemas de almacenamiento de energía en baterías para crear un índice comparable que ilustra el costo de un kilovatio-hora almacenado.

El producto Power Storage DC 10.0 de RCT logró el rendimiento más alto en nuestro Imagen: revista pv/Julia Malcher

Basado en la información disponible sobre el rendimiento del sistema y la investigación de precios realizada por  pv magazine Alemania , el siguiente análisis analiza la eficiencia de los diferentes sistemas de almacenamiento solar plus disponibles en el mercado residencial/comercial en Alemania. El índice de rendimiento del sistema (SPI) fue desarrollado por investigadores de HTW Berlín y permite la comparación de sistemas en dos clases de rendimiento. Este año, participaron 21 sistemas, todos los cuales se pueden encontrar en el resumen del mercado. Un fabricante, Kostal, se limitó a tener sus propios sistemas listados a través del mayorista EWS.

En la clase de potencia más pequeña, hasta cinco kilovatios, el inversor híbrido Fronius “Primo GEN24 6.0 Plus” se impuso, junto con el BYD “Battery-Box Premium HVS 7.7”. En la clase de potencia más grande de hasta diez kilovatios, el «Power Storage DC 10.0» de RCT Power, también ganador del año pasado, logró el valor SPI más alto con un 95,1 %.

En general, los investigadores de HTW Berlín registraron un desarrollo positivo en la clase de mayor potencia y una serie de sistemas que están muy cerca en términos de rendimiento. Seis sistemas lograron un SPI de más del 93 %, pero en 2020, solo un sistema de almacenamiento en batería logró esto. Para los sistemas de almacenamiento más pequeños, un valor SPI de 92 % o más corresponde a la clase de eficiencia A. Para sistemas de almacenamiento de hasta 10 kW, se requiere un valor SPI de al menos 93,5 %.

En promedio, la eficiencia del sistema ha aumentado en ambas clases de tamaño desde 2018, pero los investigadores aún ven diferencias notables entre los sistemas disponibles en el mercado. Por ejemplo, las pérdidas totales de los productos menos eficientes fueron más del doble en comparación con los mejores sistemas de almacenamiento. Los fabricantes también proporcionaron datos de eficiencia para 284 productos en la encuesta de mercado.

Los investigadores usaron un ejemplo, un sistema acoplado a CA en un edificio residencial con un automóvil eléctrico y una bomba de calor, para ilustrar el impacto que la eficiencia promedio puede tener en el ahorro de costos del almacenamiento. El potencial de ahorro resulta de la compra evitada de electricidad a la red a 0,32 EUR (0,34 USD)/kWh y una tarifa de alimentación para la energía generada en la azotea de 0,065 EUR/kWh.

En este ejemplo, los consumidores sin sistema fotovoltaico tendrían que comprar 9.363 kWh al año por 3.000 €. Un sistema fotovoltaico de 10 kW sin almacenamiento en batería permite un ahorro de 1.360 € al año. Si se añade un almacenamiento en batería de 10 kWh y una tasa de utilización del sistema de CA del 85 %, este ahorro anual aumenta a 1.950 €. Si la tasa de utilización del sistema es solo del 65%, son 120 € al año menos en su billetera.

El factor de utilización del sistema de CA es la relación entre la salida de CA del sistema de batería y la entrada de energía de CA. Por lo tanto, el factor de utilización del sistema incluye el consumo en espera y la carga lenta en invierno. “Como regla general, se puede decir que un buen sistema de almacenamiento de litio acoplado a CA obtiene del 80 % al 85 %”, dice Johannes Weniger de HTW Berlín. Esto significa que de 1.000 kilovatios-hora de electricidad fotovoltaica que fluyó al sistema de almacenamiento durante el año, el cliente recibe hasta 850 de vuelta. Los kilovatios-hora restantes son pérdidas o deben compensarse con la compra de la red del sistema de almacenamiento. En sistemas menos eficientes, solo se pueden usar de manera efectiva de 650 a 700 kilovatios-hora.

Si bien el factor de utilización del sistema de CA describe directamente las pérdidas de energía, el SPI es un parámetro económico que también tiene en cuenta los precios y la compensación de la electricidad y se utiliza para hacer que los sistemas de CC y CA sean comparables. Si el ahorro en el ejemplo con un sistema ideal ronda los 2.055€, y el SPI del sistema real es del 95%, solo se puede ahorrar el 95% del valor ideal de 2.055€; es decir, los 1.950 € indicados anteriormente. Una caída de un punto porcentual en el SPI se correlaciona con 20 € menos de ingresos por año en este ejemplo. Puede que no parezca mucho, sin embargo, con un período de observación de 10 años para un sistema de almacenamiento, ya son 200 €. Con una diferencia SPI del 5%, suma 1.000 € en 10 años. Sin embargo, para situaciones con diferentes consumos y dimensiones, las cifras absolutas difieren del cálculo del ejemplo.

La caja de baterías de BYD se encontraba entre los sistemas más eficientes en la encuesta de pv magazine . Las eficiencias generales del sistema han aumentado desde 2018, pero aún existen brechas notables entre algunos productos disponibles en el mercado. Imagen: BYD

Precios del sistema

Los ahorros potenciales se compensan con los costos de inversión, que finalmente se reflejan en el costo de la electricidad almacenada. Según una evaluación realizada por la Universidad RWTH de Aquisgrán, el precio medio de un sistema de almacenamiento residencial de entre cinco y 10 kilovatios hora en 2021 rondaba los 1.000 €/kWh, incluida la electrónica de potencia y el impuesto sobre las ventas. Por lo tanto, los precios habían caído alrededor de un 8%, según RWTH. Mientras que esta cifra para el almacenamiento residencial por debajo de 5 kWh era de 1.400 €, los sistemas de más de 10 kWh tenían un precio medio de unos 870 €/kWh.

Esto se basa en datos de 2021, que aún no reflejan el empeoramiento de las condiciones de la cadena de suministro este año. en la revista pvdescripción general del mercado, recopilamos datos de precios de abril de 2022 y los comparamos con los de años anteriores. Energy Depot Swiss, ET Solar Power, neoom y Tesla nos han dado recomendaciones de precios no vinculantes para su publicación, y hemos recibido precios de sistemas no públicos de otros cinco participantes. Para muchos otros sistemas, hemos determinado un precio de venta realista a través de nuestra propia investigación, a menudo incluyendo los otros componentes necesarios para el sistema, como un administrador de energía adecuado, un medidor de energía o cableado, y teniendo en cuenta el margen correspondiente del instalador. Solo consideramos sistemas totales, es decir, sistemas que consisten en baterías e inversores. Para que los inversores híbridos y los inversores de batería sean comparables, hemos deducido una suma global dependiente de la potencia para los inversores híbridos, que corresponde al valor que tendrías si además conectaras un generador solar. Para los sistemas de CA, también se requiere un inversor solar adicional.

El precio de venta bruto medio por kilovatio hora para 135 sistemas fue de 956 €, con un rango de 453 € a 1.855 €. La gama también se puede explicar por las diferentes salidas nominales y funcionalidades. Por ejemplo, normalmente cuesta más si un sistema va a tener capacidad de energía de emergencia. El año pasado calculamos un precio medio de 896€ de esta forma. Así que el precio medio ha subido un 7%. Sin embargo, dado que los precios de la electricidad también han aumentado considerablemente, es probable que el impacto en la economía sea pequeño.

Para poder evaluar la economía comparativamente, hemos calculado los costos de almacenamiento de electricidad utilizando los precios y la información proporcionada por los fabricantes sobre las condiciones de garantía. Este es el costo de un kilovatio-hora de electricidad que se almacena y recupera. Asumimos 300 ciclos por año. El resultado es un valor de lo que cuesta almacenar y recuperar electricidad bajo un uso óptimo.

El inversor híbrido del fabricante austriaco Fronius, en combinación con el producto Battery Box Premium de BYD, fue el sistema de mayor rendimiento en su clase hasta 5 kW. Imagen: Fronius Internacional

Vida de servicio

Basamos el costo de la electricidad para el almacenamiento en la vida útil garantizada, para la cual se ha establecido un cuasi-estándar. El 97% de los productos que incluyen baterías ofrecen garantías de 10 años. Alpha ESS ofrece 15 años, y el resto ofrecen cinco años o han optado por no especificar. Para el 90 % de los productos, los fabricantes garantizan el 80 % de la capacidad restante al final del período de garantía. Senec ofrece el 100%, el resto entra en carrera con el 70%, o han renunciado a especificaciones más precisas.

Ocasionalmente, se aplican mejores condiciones de garantía en Alemania que en otros países europeos debido a las pautas de subsidio. Para los sistemas 164, los fabricantes ofrecen un reemplazo completo del sistema en lugar de un reemplazo del valor actual, aunque esto no significa que el fabricante esté obligado a entregar un nuevo sistema. En cualquier caso, es recomendable leer la redacción exacta del texto de la garantía. El reemplazo total debe significar que el cliente puede operar un sistema de almacenamiento en funcionamiento con más del 80 % de la capacidad hasta que expire el período de garantía y no solo recibir una compensación por el valor residual.

Teniendo en cuenta todos estos parámetros, el precio medio de nuestras 135 cotizaciones es de 0,38 €/kWh de electricidad almacenada hasta el final del período de garantía. El precio medio ha aumentado así un 9% con respecto al año pasado.

El coste de electricidad almacenada más barato, según el gráfico, es de 0,18 €/kWh para el sistema de 5 kilovatios y 15 kilovatios-hora de Goodwe. Una combinación común de aproximadamente 10 kW de potencia de salida y 10 a 15 kWh de capacidad tiene un precio de 0,23 €/kWh de electricidad almacenada para los fabricantes del Lejano Oriente y de 0,30 €/kWh para los fabricantes occidentales. Sin embargo, estas comparaciones siempre deben tener en cuenta que las diferentes funcionalidades, especialmente en lo que respecta al acoplamiento de sectores y la capacidad de energía de emergencia, no se tienen en cuenta. Tampoco son posibles las diferencias de eficiencia. Aquí, el cálculo se basa en la suposición de un sistema ideal sin pérdidas, ya que, a excepción de los sistemas que participan en la inspección del almacenamiento, no se puede estimar la eficiencia. Los tres principales sistemas del análisis HTW de este año son 0,37 y 0,38 €/kWh.

Básicamente, no hay cambios en la economía del almacenamiento de baterías en comparación con años anteriores. Si los costes de compra de electricidad para un hogar son de 0,33 €/kWh, y se compensa con 0,07 €/kWh por la electricidad solar vertida a la red, el sistema de almacenamiento solo puede contribuir positivamente al retorno de la inversión si el coste de la electricidad almacenada es inferior a € 0,24/kWh. Sin embargo, si asumimos que las unidades de almacenamiento duran más que el período de garantía, por ejemplo 15 años, los costos que calculamos se reducen en un tercio.

Además, además de satisfacer el deseo de los consumidores de contribuir a la transición energética, el almacenamiento brinda certeza en el precio de la electricidad. Si se supone que los precios de la electricidad aumentarán, también se pueden aceptar costos más altos de electricidad almacenada desde un punto de vista económico. Sin embargo, solo se pueden evaluar realmente estos efectos en un escenario más complicado que también tenga en cuenta el impuesto. Los consumidores tendrán que plantearse si merece la pena el esfuerzo, ya que al final no suelen ser más de más/menos 100€ anuales los que marcan la diferencia en términos de eficiencia económica en términos absolutos. Independientemente de si se optimiza económicamente o por autosuficiencia, obtener las dimensiones correctas del sistema debe ser una preocupación principal.

Clases de eficiencia HTW
Clase de eficiencia HTWSPI (5kW)SPI (10kW)
A≥ 92%≥ 93,5%
B≥90%≥ 92,5%
C≥ 88%≥ 91,5%
D≥ 86%≥ 90,5%
mi≥ 84%≥ 89,5%
F≥ 82%≥ 88,5%
GRAMO<82%<88,5%

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