Imagen de archivo de un sistema de almacenamiento de energía en baterías.

Imagen de archivo de un sistema de almacenamiento de energía en baterías.

Ciencia

Los científicos españoles coinciden: monitorizar el estado de las baterías sin afectar a la red eléctrica es posible

Almacenar energía correctamente es clave para la transición energética. Sin embargo, las baterías actuales siguen siendo mejorables.

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Las claves

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Un equipo de la Universitat Rovira i Virgili ha desarrollado un método para monitorizar el estado de las baterías sin afectar a la red eléctrica.

La solución utiliza sistemas con convertidores multinivel en cascada y módulos independientes, permitiendo analizar cada batería sin alterar la calidad de la señal eléctrica.

El sistema introduce pequeñas variaciones escalonadas en el tiempo entre los módulos, logrando que las perturbaciones se cancelen entre sí.

El enfoque es autorregulado, adaptable y escalable, y podría aplicarse también en infraestructuras como la recarga de vehículos eléctricos.

Los sistemas de almacenamiento de energía en forma de baterías se han convertido en un factor clave para avanzar hacia un modelo energético más sostenible. Aunque su fabricación y el tratamiento de sus residuos sigue planteando desafíos importantes.

Hoy por hoy no existe una alternativa igual de eficaz para integrar fuentes de energía renovable como la energía solar o la energía eólica en la red eléctrica. Además, para que estas baterías sean útiles y seguras, es necesario conocer su estado de carga y su nivel de desgaste.

Se trata de una información esencial pero que no era tan fácil de obtener, hasta ahora. Gracias a un nuevo estudio llevado a cabo por la Universitat Rovira i Virgili de Tarragona, existiría una solución innovadora que permitiría monitorizar el estado de las baterías sin afectar a la red.

El papel de las baterías es doble: permiten almacenar energía cuando sobra y liberarla cuando falta, además de contribuir a estabilizar la frecuencia del sistema eléctrico y responder de forma inmediata a picos de demanda eléctrica.

Sin embargo, para que estas baterías sean eficaces, es necesario conocer su estado en todo momento, incluyendo su nivel de carga, su nivel de desgaste y su degradación; el objetivo no es solo optimizar su uso, sino también prevenir fallos en la red y alargar su vida útil.

Una "prueba de esfuerzo"

El problema es que no es posible "mirar" dentro de una batería sin ocasionarle daños, y por ello se suele recurrir a modelos eléctricos equivalentes, es decir, representaciones matemáticas que simulan su comportamiento.

Estos modelos usan elementos como resistencias (reflejando pérdidas de energía) y condensadores (reflejando la capacidad de almacenamiento) para reproducir cómo respondería la batería ante distintas condiciones.

Para obtener estos modelos, se aplican pequeñas perturbaciones o variaciones de corriente controladas y se observa cómo reacciona la batería. Sería una especie de "prueba de esfuerzo" para deducir su estado interno.

El problema es que estas perturbaciones, aunque necesarias, también tienen sus efectos adversos, como distorsionar la calidad de la corriente eléctrica de la red. En la práctica, esto puede traducirse en fallos o mal funcionamiento de otros dispositivos conectados.

Teniendo esto en cuenta, el equipo internacional de investigadores responsables del estudio ha desarrollado una solución innovadora que permitiría monitorizar el estado de las baterías sin afectar a la red.

Su enfoque se basa en sistemas de almacenamiento formados por convertidores multinivel en cascada, una arquitectura cada vez más usada en aplicaciones de media y alta tensión.

Estos sistemas están compuestos por múltiples módulos independientes. Cada módulo incluye una batería, un convertidor que transforma la corriente continua en corriente alterna (la que se usa en casa) y su propio sistema de control.

Esta estructura modular facilita la estabilidad y abre la puerta a nuevas estrategias de monitorización en el futuro.

La clave de esta propuesta es que, en lugar de analizar una batería de forma aislada, se introducen pequeñas variaciones en todos los módulos, pero de forma escalonada en el tiempo.

No se produce una perturbación simultánea general, sino un desfase cuidadosamente diseñado, y es ese detalle el que marca la diferencia. Cuando las señales de todos los módulos se combinan en la salida hacia la red, las perturbaciones se cancelan entre sí.

Así, cada batería recibe el estímulo necesario para ser analizada, pero la corriente total que llega a la red se mantiene prácticamente intacta, sin interferencias perceptibles. Llevar esta idea a la práctica no es fácil.

Las pequeñas diferencias entre los módulos pueden dificultar que la cancelación sea perfecta, por lo que los investigadores han incluido un algoritmo de control basado en retroalimentación, un sistema que supervisa continuamente la corriente de cada módulo y ajusta las perturbaciones para corregir cualquier desviación en tiempo real.

El resultado es un sistema autorregulado que mantiene la calidad de la señal eléctrica prácticamente intacta. Además de su precisión, este sistema también permitiría reducir el tamaño y coste de algunos componentes dada su precisión.

Asimismo, su diseño modular facilitará la adaptación a diferentes configuraciones y su escalabilidad lo hace especialmente atractivo para aplicaciones de mayor tamaño.

Además, más allá del ámbito de la red eléctrica, este enfoque podría tener un impacto significativo en otros sectores como la infraestructura de recarga de vehículos eléctricos, donde también se usan sistemas modulares.