Las baterías de plomo-ácido reguladas por válvula (VRLA) se utilizan comúnmente en fuentes trifásicas de fuentes de alimentación ininterrumpida. Debido a su peso y dimensiones, requieren que los centros de datos tengan estructuras de soporte reforzadas. Las características de rendimiento de las baterías VRLA también dependen de la temperatura, lo que aumenta la carga en los sistemas de aire acondicionado. Las baterías VRLA no son particularmente duraderas y deben reemplazarse de manera regular, lo que también aumenta los costos de operación.

Como no hay alternativas económicamente viables para las baterías VRLA, los ingenieros de diseño han tenido que soportar sus deficiencias. Pero, la situación ha cambiado en los últimos años para las baterías de iones de litio. Hasta ahora, no era viable usarlos en los sistemas de suministro de energía ininterrumpible de los centros de datos ya que no había un equilibrio razonable entre precio, energía, capacidad, seguridad y confiabilidad. Gracias a los avances en los vehículos eléctricos, este problema se ha resuelto. Los primeros sistemas de alimentación ininterrumpida alimentados por baterías de iones de litio llegaron al mercado en 2016. Ahora, son ofrecidos por todos los principales actores, y hoy esta dirección se considera la más prometedora. Según el informe de Bloomberg New Energy Finance, para el año 2025, las soluciones de iones de litio representarán el 40% del mercado de los UPS utilizados en el centro de datos.

Los pros de las baterías de iones de litio

Las empresas de electrónica de consumo suelen utilizar baterías de cobalto de iones de litio que ofrecen capacidades de varias horas Amperios. Estos sistemas de suministro de energía ininterrumpible vienen con células rectangulares de manganeso de litio. Su capacidad instalada es de 60 Amperios-hora, y ofrecen una vida útil mucho más larga y múltiples grados de protección contra fallas. Los módulos individuales y, a veces, incluso las células individuales son responsables de controlar los parámetros de rendimiento clave, como la temperatura, el voltaje y la corriente. Algunas veces, los gabinetes de energía e incluso todo el sistema pueden ser responsables de dicho proceso de monitoreo. El monitoreo es necesario para tener un control total sobre los procesos de carga y descarga para evitar el calentamiento crítico y la ocurrencia de procesos químicos irreversibles. Las baterías de iones de litio también tienen una mayor densidad de energía (Wh / kg) y una mayor densidad de potencia de salida (W / kg). Con una capacidad similar de almacenamiento de energía, pesan aproximadamente tres veces menos que las baterías de plomo-ácido, lo que ayuda a reducir la masa total del sistema en un 60-80%.

En los últimos años, los centros de datos han tenido como objetivo aumentar su densidad de potencia dadas sus limitaciones de espacio y la necesidad de operaciones más eficientes. El uso más eficiente del espacio disponible es una de las tareas más relevantes de los propietarios de centros de datos. Las baterías compactas de iones de litio reducen el área ocupada por un sistema de suministro de energía ininterrumpido en un 50-80%. Estas baterías requieren menos tiempo para cargarse y ofrecen una mejor tasa de autodescarga, que juega un papel importante en caso de apagones frecuentes. Cuando está inactivo, una batería de iones de litio pierde aproximadamente el 1-2% de su carga por mes. La ventaja más importante es su larga vida útil. Las baterías de ácido tienen un ciclo de vida bastante corto, de 3 a 6 años. Las baterías de iones de litio, por otro lado, deberían durar unos 10 años. Dependiendo de la química, la tecnología y la temperatura, pueden presentar una eficiencia de carga de hasta 5.000 ciclos de vida y no necesitan mantenimiento, mientras que la eficiencia de carga promedio para las baterías de plomo ácido es de solo 700 ciclos de vida.

El costo total de propiedad durante un período de 10 años (la vida útil promedio de UPS para centros de datos) disminuyó en un 39% en comparación con las baterías de plomo ácido. Aunque es una estimación optimista, al menos el 10% de los ahorros están garantizados. Solo hay una falla grave con las baterías de iones de litio: la inversión inicial es significativamente mayor. Es por eso que los grandes centros de datos han sido pioneros en lo que respecta a la introducción de nuevas soluciones. Es mucho más importante para dichas instalaciones reducir el TCO que obtener beneficios a corto plazo, e incluso un pequeño porcentaje de ahorro monetario es enorme en este caso. Además, las baterías compactas permiten un uso más eficiente del espacio disponible, mientras que los sistemas de monitoreo confiables aseguran una mejor seguridad y un rendimiento estable. Las baterías de iones de litio pueden operar a temperaturas más altas que VRLA sin perder capacidad, lo que reduce la carga en los sistemas de enfriamiento. Por supuesto, incluso hay UPS monofásicos equipados con baterías de iones de litio. Hay modelos para una variedad de aplicaciones, comenzando con los centros de datos más grandes, aplicaciones industriales y terminando con pequeñas salas de servidores e incluso bastidores individuales.

Expediencia de reemplazo

La pregunta más importante que todos los clientes finales se hacen a sí mismos es: ¿es el momento adecuado para actualizar nuestro sistema de suministro de energía ininterrumpido a baterías de iones de litio? Para responder a esta pregunta, lo primero a considerar es la disponibilidad de capacidad técnica. Las baterías nuevas no están disponibles para todos los modelos de UPS y es posible que se requiera hardware importante y actualizaciones de software integradas. Incluso con el mismo voltaje nominal, las características de carga y descarga de la batería serán diferentes.

La esperanza de vida de un sistema UPS típico en un centro de datos suele ser de 10 a 15 años. Las baterías de ácido de plomo funcionan durante 3-6 años, mientras que las baterías de iones de litio duran 10 años o incluso más. Al comienzo de la vida útil de un sistema UPS (menos de 5 años), reemplazar una porción significativa de baterías de plomo ácido será útil. Sin embargo, cuando se trata de baterías de iones de litio, es más probable que duren hasta el día en que el sistema UPS se rinde. Si la vida útil de su sistema de suministro de energía ininterrumpido está llegando a su punto medio, la vida útil de la batería puede ser más larga y, en la mayoría de los casos, no tiene sentido reemplazarlos. Al final de su vida útil, se debe considerar la posibilidad de reemplazar todo su sistema UPS con una nueva solución de batería de iones de litio. Sin embargo, incluso para un viejo sistema UPS, la instalación de baterías caras puede ser conveniente. Debe tener en cuenta la disminución constante de su precio, así como la relación entre los costos de mantenimiento del sistema anterior y el costo de su reemplazo completo.

Pronósticos y perspectivas

Aunque los sistemas UPS alimentados por baterías de iones de litio reducen sustancialmente los costos de operación y el costo total de propiedad, una gran proporción de los clientes todavía usan soluciones comprobadas por VRLA. Esto puede explicarse en primer lugar por el hecho de que el uso de baterías de iones de litio solo es ventajoso para una perspectiva a largo plazo. Sin embargo, aumenta significativamente los costos de capital. En cualquier caso, el interés de los clientes en la innovación está creciendo año tras año y seguirá creciendo. Para los grandes centros de datos, el volumen de ahorro puede ser enorme, por lo que los sistemas de iones de litio se utilizarán cada vez más en el sector corporativo. La química de iones de litio sigue avanzando también. Nuevas soluciones y tecnologías surgirán con el tiempo, y el precio de las baterías de iones de litio disminuirá aún más.

 

▼ An example of battery configurations in a data center : VRLA vs. Li-ion Batteries