Ampliación de bancos de baterías BESS: cómo mantener la capacidad de almacenamiento en una planta solar

Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías, conocidos como BESS (Battery Energy Storage System), se han convertido en una solución estratégica para las plantas solares que buscan gestionar mejor la energía generada, responder a las necesidades de la red eléctrica y mantener una mayor flexibilidad operativa. Sin embargo, existe un aspecto que debe considerarse desde el diseño de estos proyectos: la capacidad de almacenamiento disponible puede cambiar a lo largo de los años.

Aunque un banco de baterías se dimensione para cumplir determinados requerimientos al inicio de su operación, su capacidad útil puede disminuir progresivamente debido al envejecimiento de las celdas y a las condiciones de uso del sistema. Cuando esta reducción comienza a afectar los objetivos energéticos del proyecto, una alternativa es realizar una ampliación de capacidad, también conocida como battery augmentation.

Esta estrategia permite incorporar capacidad adicional durante la vida operativa del sistema, siempre que su arquitectura lo permita y que la integración sea técnicamente viable. Para las plantas solares de mediana y gran escala, planear esta posibilidad desde el principio puede contribuir a mejorar la gestión del almacenamiento, anticipar inversiones futuras y mantener el desempeño requerido por el proyecto.

¿Qué es la ampliación de capacidad de un banco de baterías?

La ampliación de capacidad de un banco de baterías consiste en incorporar módulos, racks o unidades adicionales de almacenamiento para aumentar o recuperar la capacidad energética disponible de un sistema existente.

En un proyecto BESS, la capacidad energética suele expresarse en kilovatios-hora (kWh) o megavatios-hora (MWh), mientras que la potencia de carga y descarga se expresa en kilovatios (kW) o megavatios (MW). Aunque ambos parámetros están relacionados, representan características diferentes: la energía indica cuánto puede almacenar o entregar el sistema, mientras que la potencia determina la rapidez con la que puede hacerlo.

Por ejemplo, una planta solar puede contar inicialmente con un banco de baterías diseñado para almacenar 100 MWh; con el paso del tiempo, el envejecimiento puede reducir la cantidad de energía utilizable, aun cuando los equipos continúen operando.

Si el proyecto necesita conservar un determinado nivel de energía disponible, podría evaluarse la incorporación de capacidad adicional. Sin embargo, la cantidad que debe añadirse no se determina únicamente comparando la capacidad nominal inicial con la capacidad actual: también deben considerarse las pérdidas, los límites de operación, la potencia disponible y los requerimientos específicos del proyecto.

La ampliación no es obligatoria para todos los sistemas, su conveniencia depende de la aplicación, la evolución del desempeño de las baterías, las condiciones contractuales y el análisis técnico-económico correspondiente.

¿Por qué una planta solar podría necesitar ampliar su banco de baterías?

La necesidad de ampliar un sistema de almacenamiento puede surgir por diferentes razones; una de las principales es la degradación gradual de las baterías, pero también influyen los cambios en los requerimientos operativos y en las necesidades energéticas de la instalación.

1. Pérdida progresiva de capacidad útil

Las baterías experimentan procesos de envejecimiento relacionados con el tiempo, los ciclos de carga y descarga, la temperatura y otras condiciones de operación; como consecuencia, la energía que pueden almacenar y entregar puede disminuir respecto a sus condiciones iniciales.

En una planta solar, esta reducción puede ser relevante cuando el sistema necesita entregar una cantidad específica de energía durante determinados horarios o cumplir compromisos de disponibilidad.

En estos casos, la ampliación puede evaluarse como una alternativa para compensar parte de la capacidad perdida; no obstante, primero es necesario verificar que la reducción observada corresponda realmente a degradación y no a restricciones de configuración, fallas de equipos o condiciones temporales de operación.

2. Cambios en los requerimientos energéticos

Las necesidades de almacenamiento de una planta pueden cambiar durante su vida operativa; por ejemplo, el proyecto podría requerir una mayor duración de descarga, una estrategia diferente de aprovechamiento de la generación solar o una nueva forma de gestionar los intercambios de energía.

Si la infraestructura existente permite la expansión, incorporar baterías adicionales podría ayudar a responder a esos requerimientos.

Sin embargo, aumentar la capacidad energética no garantiza por sí solo que el sistema pueda entregar una mayor potencia. El inversor de baterías o sistema de conversión de potencia (PCS), los conductores, las protecciones y los sistemas de control también deben tener capacidad suficiente para operar bajo las nuevas condiciones.

3. Planeación del desempeño durante toda la vida del proyecto

Los proyectos BESS requieren una visión de largo plazo; pues la capacidad instalada al inicio no necesariamente será igual a la capacidad útil disponible después de varios años de operación.

Por ello, durante la etapa de diseño pueden analizarse distintas estrategias: instalar capacidad adicional desde el principio, planear ampliaciones futuras o aceptar una reducción gradual de capacidad cuando los requerimientos del proyecto lo permitan. 

La decisión depende de factores técnicos y económicos, como la inversión inicial, los costos de futuras intervenciones, las condiciones de garantía, la disponibilidad de equipos compatibles y las necesidades de almacenamiento previstas.

¿Cómo se realiza la ampliación de un sistema BESS?

La ampliación de un banco de baterías es una intervención de ingeniería que requiere evaluar la instalación existente antes de incorporar nuevos componentes; pues no se trata simplemente de conectar más módulos, ya que todos los elementos deben funcionar de manera coordinada y dentro de sus límites de diseño.

Evaluación del estado actual del sistema

El primer paso consiste en conocer las condiciones reales del banco de baterías; para ello, se revisan los registros de operación, las alarmas, la capacidad útil estimada, las temperaturas, los ciclos de carga y descarga y el estado de salud de las celdas.

También es necesario comprobar la capacidad disponible de los equipos auxiliares y de conversión, así como los límites eléctricos y operativos de la instalación.

Esta evaluación permite determinar si la ampliación es la mejor solución o si el desempeño puede recuperarse mediante una corrección técnica, una modificación autorizada de la estrategia de operación o el reemplazo de componentes específicos.

Revisión de la compatibilidad de las baterías

Uno de los principales retos consiste en garantizar la compatibilidad entre los equipos existentes y los nuevos módulos.

Deben revisarse aspectos como la química de las celdas, la tensión de operación, la capacidad, los límites de corriente, las características térmicas y los requisitos del sistema de gestión de baterías (BMS).

Incorporar baterías de diferente antigüedad o características puede introducir diferencias en su comportamiento y complicar el control del conjunto; por ello, no debe suponerse que módulos de una misma tecnología son automáticamente compatibles.

La integración debe realizarse de acuerdo con las especificaciones del fabricante y con una solución de ingeniería validada para el sistema completo.

Verificación de la infraestructura eléctrica y térmica

Agregar capacidad de almacenamiento también puede requerir revisar el espacio disponible, las conexiones eléctricas, los sistemas de protección, la gestión térmica y los equipos de seguridad.

En sistemas de gran escala, la ampliación podría implicar la incorporación de nuevos racks o gabinetes, circuitos auxiliares y equipos de comunicación, además de las adecuaciones necesarias para integrarlos con el sistema existente.

Asimismo, debe comprobarse que los sistemas de ventilación o refrigeración puedan responder a las nuevas condiciones de operación. La gestión térmica es especialmente importante porque las temperaturas influyen tanto en el desempeño como en el envejecimiento de las baterías.

Integración, pruebas y puesta en servicio

Una vez definida la solución, la incorporación de capacidad adicional requiere procedimientos de instalación, configuración y validación.

Las pruebas deben comprobar que los nuevos componentes se comuniquen correctamente con los sistemas de control, que las protecciones respondan según lo previsto y que el conjunto opere dentro de sus parámetros autorizados.

Después de la intervención, se debe verificar el funcionamiento del sistema y actualizar la documentación técnica correspondiente; la puesta en servicio debe realizarse mediante procedimientos establecidos por el fabricante y personal especializado.

¿Qué papel desempeña el BMS en la ampliación de un banco de baterías?

El sistema de gestión de baterías, conocido como BMS (Battery Management System), supervisa variables fundamentales para la operación segura y controlada del almacenamiento.

Entre sus funciones pueden encontrarse el monitoreo de la tensión de las celdas, la temperatura, el estado de carga (SoC), el estado de salud (SoH) y el balanceo de las celdas; dependiendo de la arquitectura, también puede coordinar límites de carga y descarga y comunicar condiciones de operación a otros sistemas de control.

Cuando se amplía un banco de baterías, el BMS adquiere especial relevancia porque debe ser compatible con la configuración resultante y contar con los recursos necesarios para supervisar los componentes incorporados.

Una integración incorrecta puede provocar limitaciones operativas, diferencias de comportamiento entre módulos o problemas de comunicación; es por esta razón que cualquier modificación debe contemplar la arquitectura de control completa, incluyendo el sistema de gestión de energía (EMS) cuando forme parte del proyecto.

El objetivo es que el sistema ampliado mantenga una operación coordinada y que sus protecciones continúen funcionando conforme a las especificaciones aplicables.

Ampliación, sobredimensionamiento y reemplazo: ¿cuál es la diferencia?

Existen distintas estrategias para gestionar la disminución de capacidad de las baterías durante la vida de un proyecto, aunque pueden tener objetivos similares no son equivalentes.

Sobredimensionamiento inicial: consiste en instalar desde el principio una capacidad superior a la estrictamente necesaria para la operación inicial. Esta reserva puede ayudar a compensar parte de la degradación futura, aunque implica una mayor inversión al inicio.

Ampliación de capacidad: consiste en incorporar capacidad adicional durante la vida operativa del proyecto. Puede distribuir la inversión en diferentes etapas, pero requiere que el sistema sea apto para expandirse y que existan componentes compatibles cuando sean necesarios.

Reemplazo de baterías: consiste en retirar módulos, racks u otros componentes y sustituirlos por nuevos. Puede ser conveniente cuando determinados elementos han llegado al final de su vida útil, presentan fallas o ya no cumplen los requerimientos operativos.

La selección de una estrategia debe basarse en el diseño, las proyecciones de degradación, las garantías y los costos de ciclo de vida. En algunos proyectos, una combinación de sobredimensionamiento inicial y ampliaciones futuras puede resultar adecuada; en otros, puede ser preferible permitir cierta reducción de capacidad o reemplazar componentes cuando sea necesario.

No existe una solución universal: la decisión debe responder a los objetivos energéticos y económicos de cada instalación.

¿Cómo influye la ampliación de baterías en la rentabilidad de una planta solar?

La evaluación económica de un sistema BESS no debe limitarse al costo de adquisición e instalación inicial; también es importante considerar el mantenimiento, las pérdidas de conversión, las intervenciones futuras y las necesidades de reposición o ampliación.

Una estrategia de ampliación planificada puede ayudar a distribuir las inversiones a lo largo del tiempo y a conservar la capacidad necesaria para determinadas aplicaciones, sin embargo, su rentabilidad depende de los costos de los equipos, la mano de obra, las adecuaciones eléctricas, las interrupciones durante la intervención y el valor de la energía o de los servicios que el sistema puede proporcionar.

También deben considerarse las garantías y los compromisos de desempeño; si un proyecto necesita mantener una capacidad útil determinada durante un periodo contractual, la reducción de capacidad podría afectar el cumplimiento de sus obligaciones.

Por ello, la planeación debe contemplar escenarios de degradación, fechas posibles de intervención, disponibilidad futura de equipos y costos asociados. Estas variables permiten comparar distintas estrategias y estimar cómo podrían influir en los resultados financieros del proyecto.

Una evaluación de ciclo de vida bien estructurada permite tomar decisiones con una perspectiva más completa que la inversión inicial por sí sola.

¿Qué debe considerarse desde el diseño de un banco de baterías?

La posibilidad de ampliar un sistema en el futuro debe analizarse desde las primeras etapas del proyecto. Si se considera únicamente cuando la capacidad disponible comienza a resultar insuficiente, podrían surgir limitaciones de espacio, compatibilidad, infraestructura o integración que hagan más compleja la intervención.

Para facilitar la planeación, es conveniente considerar los siguientes aspectos:

• Arquitectura modular: determinar si el sistema admite la incorporación de nuevos racks, gabinetes o módulos.
• Espacio e infraestructura: prever las áreas y conexiones que podrían requerirse para una futura ampliación.
• Compatibilidad tecnológica: identificar los requisitos del fabricante para integrar componentes adicionales.
• Sistemas de control y protección: verificar que el BMS, el EMS, el PCS y los demás equipos puedan operar con la configuración prevista.
• Gestión térmica y seguridad: evaluar las necesidades de enfriamiento, ventilación, protección y supervisión del sistema ampliado.
• Garantías y documentación: revisar las condiciones que deben cumplirse para conservar las garantías y validar el desempeño después de la intervención.
• Planeación económica: estimar las inversiones futuras y compararlas con otras alternativas para mantener la capacidad requerida.

Estos criterios ayudan a desarrollar un sistema con una estrategia de operación a largo plazo, en lugar de considerar las baterías como un conjunto de equipos cuya función termina en el momento de la instalación.

Conclusiones 

La ampliación de capacidad de un banco de baterías BESS es una estrategia que permite evaluar cómo mantener o recuperar la energía disponible en una planta solar a medida que cambian las condiciones de operación y las baterías envejecen.

Su aplicación requiere mucho más que incorporar nuevos módulos: es necesario revisar el estado del sistema existente, comprobar la compatibilidad de los equipos, evaluar la infraestructura eléctrica y térmica, validar los sistemas de control y analizar los costos durante toda la vida del proyecto.

Planear estas posibilidades desde el diseño puede facilitar futuras intervenciones y ayudar a tomar decisiones más informadas sobre el desempeño y la rentabilidad del almacenamiento.

En Solarpec, conocer las alternativas de diseño y operación de los sistemas de almacenamiento permite comprender mejor el papel de las baterías en los proyectos de energía solar. Una estrategia de ciclo de vida bien definida contribuye a que la capacidad de almacenamiento responda a las necesidades reales de cada instalación, con criterios de seguridad, eficiencia y viabilidad técnica.