Estudio de Caso: Analítica de Baterías en Proyectos Solares C&I Africanos

Una colaboración entre AMMP Technologies, ACCURE Battery Intelligence y Pirano Energy.

Introducción

El suministro eléctrico confiable en los mercados emergentes depende cada vez más de la adopción de sistemas de almacenamiento de baterías. Las baterías representan una gran parte de los costos generales del sistema. Las fallas tempranas de las baterías pueden ser, por lo tanto, un gran problema para los operadores de sistemas y los financieros. Las principales razones de la reducción de la vida útil son las altas temperaturas de las baterías y las malas estrategias de operación.

La mala calidad de la red es demasiado común en los mercados emergentes y puede llevar a una mala calidad de los datos. Por lo tanto, uno de los objetivos de este estudio de caso fue ver cómo los algoritmos de monitoreo de la salud podrían lidiar con conjuntos de datos imperfectos.

El proveedor de servicios energéticos Pirano Energy, el proveedor de analítica de baterías ACCURE y el proveedor de monitoreo remoto AMMP Technologies colaboraron para identificar el potencial de la analítica avanzada de baterías para extender la vida útil de las baterías en aplicaciones de la vida real. El análisis de impacto se realizó utilizando datos operativos de 14 sistemas fotovoltaicos con batería para aplicaciones C&I en Nigeria.

Oportunidades para la Analítica de Baterías: para proyectos solares C&I, las baterías a menudo representan alrededor del 40% de los costos totales de reemplazo.

Alcance del Estudio de Caso

ACCURE, AMMP y Pirano colaboraron para obtener experiencia en el campo sobre cómo la analítica avanzada de baterías puede apoyar a las empresas de servicios energéticos en el mercado C&I en la operación y gestión de sus baterías.

Objetivos:

• Determinar la viabilidad de la analítica de baterías para proyectos solares C&I africanos
• Identificar el valor de la analítica avanzada de baterías para empresas de servicios energéticos como Pirano

Alcance: este estudio de caso utilizó datos históricos de baterías de 14 proyectos C&I a pequeña escala conectados a la red en Nigeria:

• 14 sistemas C&I en Nigeria
• 3 a 85 kW de capacidad fotovoltaica
• Baterías de iones de litio de 4.8 a 57 kWh

Calidad de los datos: los datos históricos de las baterías fueron adquiridos y estandarizados por AMMP durante un período de 11 meses y contienen interrupciones de datos irregulares debido a cortes de energía o conexión, con una resolución de 5 minutos, cubriendo el voltaje del paquete, la corriente del paquete, el SOC y la temperatura.

Análisis de envejecimiento

Al evaluar el voltaje y la corriente históricos de la batería, ACCURE puede derivar las capacidades restantes de los sistemas de baterías de Pirano y así determinar el Estado de Salud (SOH) en cada momento.

Aunque la mayoría de las baterías observadas envejecen previsiblemente en un pequeño porcentaje de un solo dígito por año, el sistema 2 se destaca por haber perdido el 10% de su capacidad inicial en solo un año.

Asumiendo que no hubo cambios en las condiciones de operación, implicaría que la batería utilizada en el sistema 2 podría alcanzar el fin de su vida útil en tan solo dos años en total.

Además, el análisis permite la identificación temprana y clara de casos de garantía. Si el SOH cae por debajo del 80 por ciento mientras la batería aún está en garantía, se debe exigir un reemplazo al proveedor. El análisis de ACCURE demuestra que la batería siempre fue operada dentro de sus especificaciones. Para el Sistema 2, esto significa que será elegible para un reemplazo en garantía pronto.

El Estado de Salud (SOH) ayuda a identificar las baterías que tienen más probabilidades de fallar pronto, e identificar los casos de garantía.

Análisis Operacional

Los datos históricos son una gran fuente de información que se puede utilizar para prolongar la vida útil de una batería optimizando la estrategia de operación. La evaluación se centra en el estado de carga (SOC), el voltaje y las características de temperatura.

Dado que la batería del sistema 2 está expuesta al envejecimiento más acelerado, la operación de esta batería se analizó en detalle.

Estado de Carga (SOC): el histograma de SOC del sistema 2 muestra que el sistema está completamente cargado la mayor parte del tiempo (1650 horas), mientras que rara vez se descarga. Una estrategia de carga basada en pronósticos podría reducir el estrés en la batería y así prolongar su vida útil. Los pronósticos de carga en combinación con la predicción del envejecimiento de la batería se pueden usar para establecer límites de carga dinámicos sin reducir la utilidad de la batería.

Temperatura de la Batería: otra causa de la pérdida de capacidad puede ser una temperatura alta de la batería. En términos de envejecimiento, se deben evitar temperaturas superiores a 20°C. La distribución de temperatura del Sistema 2 mostró que la temperatura de la batería es excesiva durante todo el período de muestra, presentando una segunda causa raíz potencial del envejecimiento acelerado de la batería. Una mejor refrigeración podría ayudar a mejorar la vida útil de la batería.

Entrevista con Pirano Energy

Después de entregar los resultados del análisis de la batería, Jonathan Schulte de AMMP y Marc Mennekes de ACCURE entrevistaron a Stephen Bello, Jefe de Soporte Técnico al Cliente de Pirano.

Conclusión

El enfoque de este trabajo fue ilustrar la viabilidad y los beneficios de una solución de análisis de baterías para sistemas fotovoltaicos con batería en proyectos C&I en mercados emergentes. A pesar de la granularidad limitada de los datos y varias interrupciones de datos, los algoritmos de ACCURE pudieron realizar todos los análisis perspicaces.

Al calcular el Estado de Salud (SOH) y analizar la operación histórica, el análisis de la batería permitió al equipo identificar baterías expuestas a un envejecimiento acelerado (la batería del Sistema 2 perdió un 10% de capacidad por año frente a un ideal del 2-4%), comprender las causas raíz del envejecimiento acelerado (exposición a altas temperaturas) y sugerir cambios en las estrategias de operación (una estrategia de refrigeración revisada para el Sistema 2).

Las altas temperaturas y los altos SOCs llevaron a mayores tasas de envejecimiento (pérdida de capacidad por año). Para el sistema con la mayor pérdida de capacidad, la principal causa raíz se identificó como altas temperaturas de funcionamiento.

Después de compartir estos resultados, Pirano pudo confirmar que este único sistema está operando en malas condiciones. El exceso de calor del equipo eléctrico fue responsable de calentar la sala de operaciones y, en consecuencia, la batería. Con estos conocimientos, Pirano pudo cambiar la estrategia de refrigeración de la batería y puede usar estos hallazgos para sus futuros proyectos de almacenamiento.