¿Qué características de seguridad debe tener una batería de almacenamiento de energía solar?

Prevención de la propagación térmica y diseño seguro contra incendios

Cómo ocurre la propagación térmica en una batería de almacenamiento de energía solar de ion-litio

Cuando ocurre una fuga térmica en las baterías de almacenamiento solar de ion litio, normalmente comienza por problemas internos en las propias celdas, daños causados por fuentes externas o simplemente por el desgaste habitual durante la operación. Una vez que la temperatura supera aproximadamente los 80 grados Celsius (unos 176 grados Fahrenheit), el electrolito se descompone y libera gases inflamables junto con aún más calor, generando lo que es básicamente una reacción en cadena que se mantiene de forma autónoma. En lugares donde muchas de estas baterías están agrupadas juntas, el calor se propaga rápidamente a las celdas vecinas, llegando en ocasiones a temperaturas superiores a los 400 grados Celsius (aproximadamente 752 grados Fahrenheit) en cuestión de segundos. Con mayor frecuencia, los cortocircuitos internos son la causa de estos incidentes. Dichos cortocircuitos suelen originarse por el crecimiento de dendritas dentro de la batería o por defectos introducidos durante la fabricación. Según los registros disponibles, tales problemas representan alrededor de siete de cada diez casos de fuga térmica. Para detener este peligroso proceso, los fabricantes deben incorporar ciertas medidas de seguridad, como separadores que no sean inflamables, aditivos especiales en el electrolito que resistan las llamas y barreras de resina epoxi que ayuden a impedir la propagación del calor entre celdas individuales.

Pruebas UL 9540A y mitigación de la propagación de incendios en instalaciones de baterías para almacenamiento de energía solar

Obtener la certificación UL 9540A implica someterse a extensas pruebas de incendio que analizan cómo se propaga la fuga térmica en los sistemas comerciales de almacenamiento de baterías solares. El proceso de ensayo recrea escenarios que representan las peores fallas posibles, como cuando un objeto punzante perfora las baterías o estas se sobrecargan. Estas pruebas evalúan aspectos tales como la velocidad con la que se acumula el calor, los gases que se liberan y si el fuego puede propagarse de un módulo a otro. Los sistemas de baterías que cumplen con esta norma incorporan funciones de seguridad integradas, incluidas cabinas ignífugas especiales alrededor de cada módulo, ventilaciones que permiten la liberación segura de presión y barreras que impiden la transferencia de calor entre módulos. Las pruebas independientes demuestran que la mayoría de los sistemas certificados contienen los eventos térmicos peligrosos dentro de un solo módulo aproximadamente 99 veces de cada 100. Al instalar estas baterías en interiores o en espacios reducidos donde hay poca separación entre unidades, optar por equipos certificados conforme a la norma UL 9540A resulta razonable tanto porque así lo exigen las regulaciones como porque, en la práctica, realmente reduce los riesgos. Muchos responsables de instalaciones han informado una menor incidencia de incidentes tras sustituir sus sistemas anteriores por estos sistemas más seguros.

Protección eléctrica inteligente mediante el sistema de gestión de baterías (BMS)

Funciones críticas del BMS: sobrecarga, sobredescarga, cortocircuito y supervisión del aislamiento

Un sistema de gestión de baterías (BMS) actúa como el cerebro de las baterías de almacenamiento solar de iones de litio, gestionando cuatro funciones clave de seguridad que garantizan su funcionamiento óptimo. Cuando una batería se carga en exceso, el BMS detiene el proceso a aproximadamente 3,65 voltios por celda, ya que superar este umbral puede provocar la formación peligrosa de placas de litio, lo que podría derivar en problemas de sobrecalentamiento. Por otro lado, si la batería se descarga por debajo de unos 2,5 voltios por celda, el sistema interviene nuevamente para evitar una descarga adicional, pues esto podría dañar los componentes internos y reducir de forma permanente la vida útil de la batería. En caso de cortocircuitos, la respuesta es casi instantánea cuando la corriente supera tres veces su nivel normal, utilizando interruptores especiales para interrumpir de forma segura el flujo de energía. Asimismo, el sistema verifica constantemente la resistencia de aislamiento entre las partes activas y la carcasa metálica, detectando cualquier caída por debajo de 100 ohmios por voltio, lo cual indica signos tempranos de desgaste. Informes de campo procedentes tanto de instalaciones a gran escala como domésticas en Estados Unidos indican que estas múltiples capas de protección han reducido los accidentes eléctricos en aproximadamente dos tercios durante los últimos años.

Seguimiento en tiempo real del SOC/SOH y respuesta predictiva ante fallos para baterías de almacenamiento de energía solar

Los mejores sistemas de gestión de baterías actuales combinan técnicas de conteo de culombios con filtros de Kalman para mantener la precisión del estado de carga (SOC) en torno al ±3 %. Al mismo tiempo, supervisan el estado de salud (SOH) analizando la pérdida progresiva de capacidad con el paso del tiempo. Esta combinación proporciona a los operadores dos capas de información que ayudan a predecir problemas antes de que ocurran. Cuando las celdas individuales comienzan a mostrar diferencias de voltaje superiores a 50 milivoltios o existe una diferencia de temperatura entre módulos mayor de 4 grados Celsius, el sistema reduce la velocidad de carga y emite alertas sobre la necesidad de mantenimiento. Estas exhaustivas pruebas de diagnóstico evitan que pequeños problemas se acumulen con el tiempo, lo que puede prolongar efectivamente la vida útil de la batería aproximadamente un 40 % en comparación con sistemas antiguos que no realizan una supervisión activa. Además, las versiones más recientes son aún más inteligentes: utilizan datos del rendimiento histórico para estimar con unos tres meses de antelación cuándo las baterías podrían alcanzar el final de su vida útil. Este tipo de previsión ayuda a los instaladores solares a planificar mejor los reemplazos, en lugar de esperar a que el equipo falle por completo.

Certificaciones reglamentarias obligatorias para baterías de almacenamiento de energía solar

El cumplimiento de las certificaciones internacionales de seguridad es imprescindible para las instalaciones residenciales y comerciales de baterías de almacenamiento de energía solar. Estas normas reducen los riesgos de incendio, garantizan la fiabilidad operativa y constituyen requisitos previos para la interconexión con la red eléctrica, la obtención de permisos y la cobertura de seguros.

Normas de seguridad a nivel de celda y de módulo: UL 1642, IEC 62619 y UN 38.3

Las certificaciones a nivel de componente validan la seguridad fundamental antes de la integración del sistema:

• UL 1642 somete las celdas de litio a condiciones extremas de abuso, incluidas pruebas de cortocircuito forzado, sobrecarga y aplastamiento, para verificar su integridad estructural y térmica.
• IEC 62619 establece los requisitos de seguridad para baterías industriales de litio, exigiendo resistencia a tensiones mecánicas, abuso térmico y carga anormal.
• ON 38.3 certifica la seguridad en el transporte al exigir ensayos de simulación de altitud, vibración, impacto y ciclos térmicos para prevenir fugas o eventos térmicos durante el envío.
  Los fabricantes deben demostrar el cumplimiento de los tres requisitos antes de avanzar a la evaluación a nivel de sistema.

Cumplimiento a nivel de sistema: UL 9540, NFPA 855 y seguridad en la interconexión con la red (IEEE 1547, NFPA 585)

La integración a nivel de sistema completo exige el cumplimiento de marcos de seguridad interdependientes:

• UL 9540 evalúa la propagación integrada del fuego, la seguridad eléctrica y la gestión térmica bajo condiciones simuladas de fuga térmica.
• NFPA 855 regula los requisitos físicos de instalación, incluidas las distancias mínimas, la ventilación, la supresión contra incendios y las disposiciones para vías de evacuación, con el fin de limitar la propagación del fuego y facilitar la respuesta ante emergencias.
• Normas de interconexión con la red, como IEEE 1547 (para la tolerancia a variaciones de tensión/frecuencia y la protección contra islas) y NFPA 585 (para apagado rápido y detección de arcos eléctricos) garantizan la desconexión segura en caso de fallos.
  A partir de 2024, 37 estados estadounidenses han incorporado la norma NFPA 855 en sus códigos eléctricos, lo que la convierte en un requisito de facto para la obtención de permisos.

Mejoras en la selección de materiales y el monitoreo proactivo

Por qué el fosfato de litio y hierro (LFP) es la química preferida para baterías más seguras de almacenamiento de energía solar

LFP, abreviatura de fosfato de litio y hierro, es actualmente la opción preferida para la mayoría de las soluciones de almacenamiento de energía solar debido a su elevada estabilidad térmica. Lo que hace especial a este material es su única estructura cristalina de olivino, que prácticamente impide la liberación de oxígeno incluso a temperaturas extremadamente altas. Esto significa que las baterías LFP son mucho más seguras que las fabricadas con níquel o cobalto, que tienden a incendiarse con mayor facilidad. Según informes reales del campo, las instalaciones que utilizan tecnología LFP presentan aproximadamente un 60 % menos de incidentes relacionados con incendios. También existen numerosas ventajas adicionales: estas baterías soportan muchos más ciclos de carga antes de desgastarse, mantienen su voltaje de forma bastante estable con el tiempo y funcionan de manera fiable incluso en condiciones relativamente cálidas, hasta unos 55 grados Celsius. Esta tolerancia térmica resulta muy importante en instalaciones solares sobre techos o al aire libre, donde el calor puede constituir un problema.

Imagen térmica remota, detección automática de anomalías impulsada por inteligencia artificial y alertas automatizadas

La supervisión proactiva añade una capa crítica de defensa más allá de los controles de hardware y del sistema de gestión de baterías (BMS):

• Imágenes térmicas infrarrojas proporciona un mapeo continuo y sin contacto de la temperatura superficial para identificar puntos calientes antes de que se agraven.
• Análisis Impulsados por IA correlaciona las derivas de voltaje, los cambios de impedancia y las tendencias térmicas entre los módulos para detectar anomalías invisibles para las alarmas basadas en umbrales.
• Alertas automáticas envía notificaciones al técnico con diagnósticos contextuales, lo que permite intervenir antes de que desviaciones menores se conviertan en fallos.
  Este enfoque reduce un 34 % el tiempo de inactividad no planificado en flotas de almacenamiento solar y disminuye significativamente la dependencia de los planes de mantenimiento reactivo, reforzando así la seguridad y fiabilidad a largo plazo.

Preguntas frecuentes

• ¿Qué provoca la propagación térmica en las baterías de almacenamiento de energía solar de ion-litio?

  La propagación térmica puede producirse debido a problemas internos dentro de las celdas de la batería, daños externos o al desgaste normal. Implica una reacción en cadena de calor que agrava el problema, generalmente iniciada por cortocircuitos internos.

• ¿Qué es la certificación UL 9540A y por qué es importante?

  La certificación UL 9540A implica ensayos extensos de incendio para evaluar cómo se propaga la fuga térmica en los sistemas de baterías solares. Los sistemas con esta certificación incluyen recintos ignífugos y otras características de seguridad para evitar la transferencia de calor entre módulos.

• ¿Cómo mejora un Sistema de Gestión de Baterías (BMS) la seguridad de las baterías?

  Un BMS gestiona la sobrecarga, la sobredescarga, los cortocircuitos y la supervisión del aislamiento para mantener el rendimiento óptimo de la batería y prevenir situaciones peligrosas.

• ¿Cuáles son las ventajas de utilizar baterías de fosfato de litio hierro (LFP) en el almacenamiento solar?

  Las baterías LFP ofrecen estabilidad térmica gracias a su estructura única, lo que reduce el riesgo de incendios y proporciona ciclos de vida más largos en comparación con otras químicas, como las basadas en níquel o cobalto.