Tamaños de las baterías

Las dimensiones de las baterías: su importancia y su influencia en el rendimiento

I+D+i Eficiencia energética Almacenamiento energético

Las energías renovables se han convertido en las soluciones más importantes para hacer frente al cambio climático y para acelerar la transición energética. Pero las energías, como la solar o la eólica, dependen en gran medida de los recursos meteorológicos con características intermitentes y fluctuantes. 

Para regularizar estas variabilidades, los sistemas de almacenamiento de energía en baterías han sido una de las soluciones potenciales, con ventajas como la capacidad de respuesta rápida, el suministro uniforme de energía y la independencia geográfica. Y es que, a mayor penetración de renovables, mayor es la necesidad de almacenamiento de larga duración (más de cuatro horas).

En la implantación de sistemas de almacenamiento de energía con baterías, una de las cuestiones más relevantes es determinar el tamaño de la batería útil para equilibrar las mejores cualidades aportadas por el sistema y el coste global adicional. La definición de las dimensiones adecuadas de las baterías dependerá del tipo de aplicación del sistema de almacenamiento y de la energía renovable. Esto tiene importantes implicaciones en el diseño y su fabricación. Pero, ¿cómo influyen las dimensiones de las baterías en su funcionamiento?

¿Cómo afecta el tamaño de la batería a su rendimiento y su capacidad?

El tamaño de una batería puede tener un impacto significativo en su rendimiento y capacidad de almacenamiento de energía. Aunque las dimensiones pueden variar dependiendo del tipo específico de pila (por ejemplo, baterías alcalinas, de ion de litio, de plomo-ácido…), hay algunas cuestiones clave:

• Capacidad de almacenamiento de energía

En general, el tamaño de la batería está relacionado directamente con su capacidad de almacenamiento. Una batería más grande tiene la capacidad de acumular más energía que una más pequeña del mismo tipo. La capacidad se mide comúnmente en amperios-hora (Ah) o en vatios-hora (Wh), y una batería más grande generalmente tendrá una capacidad nominal más alta.

• Rendimiento

El tamaño de la batería también puede influir en su rendimiento. Una batería más grande puede tener una mayor capacidad para suministrar corriente, lo que significa que puede proporcionar energía a una tasa más alta. Esto es especialmente importante en aplicaciones que requieren un consumo de energía elevado, como vehículos eléctricos o dispositivos electrónicos de alto rendimiento. 

Además, una batería más grande también puede tener una vida útil más larga y un ciclo carga-descarga más prolongado antes de que su rendimiento comience a degradarse.

• Tamaño físico y portabilidad

Es importante destacar que el tamaño de una batería no está directamente relacionado con su densidad de energía, que es la cantidad de energía almacenada en relación con el peso o el volumen de la energía. Algunas tecnologías de baterías, como las de iones de litio, tienen una alta densidad de energía y pueden ofrecer una gran capacidad en un tamaño compacto. Esto es especialmente relevante en dispositivos portátiles como teléfonos móviles y ordenadores, donde se busca un equilibrio entre la capacidad de almacenamiento y el tamaño físico de la batería.

Al seleccionar una batería para una aplicación específica, es importante considerar los requisitos de energía y el equilibrio necesario entre el tamaño físico, la capacidad y el rendimiento deseado.

Diferentes tamaños según sus usos

Las baterías no se expresan generalmente en término de tamaño físico en unidades de longitud o volumen, ya que su tamaño está determinado por su capacidad de almacenamiento de energía, que se mide en kilovatios-hora (kWh) o megavatios-hora (MWh). Las dimensiones físicas y el peso de las baterías pueden variar según el fabricante, el modelo y la tecnología utilizada. A continuación, hacemos una aproximación a las dimensiones de las baterías según algunos de sus usos:

 Tamaño de las baterías para sistemas de energía solar

En sistemas solares fotovoltaicos, las dimensiones de las baterías pueden variar dependiendo de la capacidad de generación solar y los requisitos de almacenamiento de energía. Para pequeñas aplicaciones, como sistemas solares portátiles, farolas solares o sistemas de carga para dispositivos pequeños, las baterías recomendadas suelen tener capacidades que oscilan entre unos vatios-hora (Wh) hasta alrededor de 100 Wh. 

En el caso de sistemas residenciales, las baterías se utilizan para almacenar el exceso de energía solar generada durante el día para su uso durante la noche o en momentos de baja producción solar. Los tamaños pueden variar ampliamente, pero generalmente están en el rango de kilovatios-hora (kWh): desde unos pocos kWh hasta alrededor de 20 kWh o más, dependiendo de la carga energética del hogar y los requisitos de autonomía.

Las baterías gigantes para hogares o para usos más profesionales —como escuelas, edificios comerciales o incluso parques solares— tienen un mayor tamaño porque se requiere más electricidad. Por ejemplo, la Powerwall de Tesla para hogares tiene una capacidad de 13,5 kWh y ocupa 1,15 metros de alto por 0,75 metros de ancho y 0,15 metros de grosor.

 Tamaño de las baterías para sistemas de energía eólica

Al igual que en la aplicación de baterías en sistemas de energía solar, el tamaño de las baterías para energía eólica también puede variar ampliamente. En sistemas de almacenamiento de pequeña escala —como sistemas híbridos eólicos-solares en viviendas, granjas o comunidades rurales— la capacidad de las baterías puede variar desde unos pocos kilovatios-hora (kWh) hasta varias decenas de kWh.

En cambio, en sistemas de almacenamiento a gran escala, como en parques eólicos, las baterías pueden tener capacidades de varias decenas de megavatios-hora (MWh) con un importante incremento de las dimensiones físicas de las mismas, en ocasiones similares a grandes contenedores que a veces superan los 2 metros de altura.

 Tamaño de las baterías para vehículos eléctricos

El espacio que ocupan las baterías en un vehículo eléctrico es mayor que el que ocupan los tanques de combustible en un vehículo propulsado por diésel o gasolina. A menudo, estas baterías son casi tan grandes como las bases de los vehículos.

En coches compactos y subcompactos, las capacidades de las baterías suelen oscilar entre 20 kWh y 40 kWh, mientras que, en vehículos medianos y SUV, pueden variar entre los 40 kWh y los 100 kWh.  Por su parte, los vehículos de lujo y alta gama a menudo cuentan con baterías de mayor capacidad, que pueden superar los 100 kWh e incluso llegar a los 200 kWh con un consecuente aumento de su tamaño.

Tendencias en las dimensiones de las baterías y avances tecnológicos
 

En los últimos años, ha habido varias tendencias y avances en el tamaño de las baterías de almacenamiento energético:

• Reducción del tamaño físico

La tecnología de las baterías ha avanzado significativamente en minimizar y reducir su tamaño físico. El tamaño de las baterías de litio, en particular, se ha vuelto más compacto, lo que ha permitido su integración en dispositivos electrónicos cada vez más pequeños como los teléfonos móviles, los relojes inteligentes y los auriculares inalámbricos.

• Aumento de la densidad de energía

Los investigadores y fabricantes continúan trabajando en aumentar la densidad de energía de las baterías para lograr un mayor almacenamiento en un tamaño cada vez más reducido. Esto ha permitido impulsar avances en la industria de los vehículos eléctricos, donde se busca aumentar la autonomía sin aumentar significativamente el tamaño de la batería.

• Baterías flexibles y de forma personalizada

Se están desarrollando baterías flexibles que pueden doblarse, curvarse o adaptarse a diferentes formas y tamaños. Esta línea abre la puerta a nuevas aplicaciones, como dispositivos electrónicos vestibles (wearables), electrónica portátil y electrónica integrada en objetos cotidianos.

• Avances en baterías de estado sólido

Las baterías de estado sólido están ganando interés como una posible alternativa a las baterías de ion de litio convencionales. Estas baterías utilizan electrolitos sólidos en lugar de los líquidos o geles habituales en las baterías tradicionales. Ofrecen ventajas potenciales en términos de seguridad, densidad de energía y tamaño, y se espera que jueguen un papel importante en el futuro de la tecnología de almacenamiento de energía.

• Investigación de nuevos materiales

La búsqueda de nuevos materiales para las baterías es una tendencia en curso. Se están explorando materiales de electrodos avanzados, como el grafeno, para mejorar la capacidad, el rendimiento y la vida útil de las baterías. También se están investigando nuevos tipos de baterías, como las de flujo, las de metal-aire y las de sodio-ion, que pueden ofrecer mejoras en términos de tamaño y capacidad de almacenamiento. 

Tanto las mejoras tecnológicas como la reducción del tamaño, el uso de nuevos materiales y, consecuentemente, el aumento de densidad de la energía, están no solo incrementando la autonomía de las baterías o reduciendo sus costes, sino también ampliando los usos para los que esta tecnología se puede emplear, eliminando así las barreras tecnológicas que presenta la electrificación de ciertos sectores.

Además, estas tendencias y avances tecnológicos de las baterías están impulsando el desarrollo de sistemas de almacenamiento de energía más eficientes, compactos y versátiles, lo que tiene implicaciones significativas en una amplia gama de industrias, incluyendo la electrónica de consumo, la movilidad eléctrica y, especialmente, la energía renovable.