Baterías conceptos generales



Descargar 21.57 Kb.
Fecha de conversión21.03.2018
Tamaño21.57 Kb.

Baterías


CONCEPTOS GENERALES
La inmensa mayoría de instalaciones fotovoltaicas aisladas de la red eléctrica necesitan acumular parte de la energía producida por los módulos fotovoltaicos para su utilización en ausencia de radiación solar o cuando ésta no sea suficiente para generar la totalidad de la necesaria. Por tanto el acumulador o batería es una pieza clave de la instalación. Es muy importante que su tipo y capacidad sean las adecuadas para el consumo que van a cubrir dado que su precio es elevado. Una capacidad insuficiente impedirá la satisfacción de los consumos estimados y acortará su vida útil, y demasiada capacidad generará un sobreprecio importante de la instalación.
Las baterías no pueden entregar toda la energía que reciben. Una parte se pierde en los procesos químicos que suceden en su interior a la hora de cargarse o descargarse. También pierden carga de manera natural aunque no se den ciclos de carga o descarga, es lo que se llama autodescarga, suele ser del orden del 0,5% ó 1% de la capacidad total por día. Pero una de las características mas a tener en cuenta a la hora de elegir un acumulador es lo que llamamos profundidad de descarga, que detallaremos someramente:
La profundidad de descarga se expresa como un porcentaje y equivale a la cantidad de energía que puede suministrar la batería del total de su capacidad. Por ejemplo hay baterías que tienen una profundidad de descarga del 80%, lo que indica que de su capacidad nominal (capacidad total) podemos utilizar el 80% y el resto de energía no podrá ser utilizada. La energía total depende del tiempo que empleemos para la carga o ciclo de carga. Una batería guardará mas energía cuanto mas despacio se cargue. Por lo tanto si se carga muy rápido su capacidad será menor. La duración del ciclo de carga se expresa en horas. Si vemos que el fabricante de una batería expresa su capacidad como 450 Ah C50 nos está diciendo que la capacidad total de energía que contendrá será de 450 amperios por hora si la cargamos en 50 horas.
Recapitulando diremos que una batería que tiene una profundidad de descarga del 80% y cuya capacidad nominal es 450 Ah C50 es una batería que si la cargamos en 50 horas nos dará el 80% de 450 Ah = 360 Ah.
Las características que definen a un acumulador son:


  • El tipo de acumulador.

  • El material químico que la compone.

  • Su capacidad, que se expresa en Ah ( amperios por hora) y su tensión de trabajo, que se expresa en V (voltios)

  • El tipo de carcasa exterior.

  • Su profundidad de descarga.

  • Su coeficiente de autodescarga.



TIPOS DE ACUMULADORES
Existen varios tipos de baterías siendo las mas extendidas las de tracción, arranque y las estacionarias.
Las de tracción se utilizan para alimentar pequeños motores de vehículos eléctricos como elevadores o carritos para los que hace falta una intensidad moderada en espacios relativamente dilatados, a veces varias horas.

Un ejemplo sencillo de batería de arranque es la típica de automoción. Están diseñadas para realizar una gran descarga durante un espacio corto de tiempo. Eso las convierte en una mala elección para uso fotovoltaico. Además su capacidad suele ser en general baja y no admiten que se consuma una parte importante de su capacidad total (baja profundidad de descarga), que suele ser solo del 15%. Una batería de tracción de 100 Ah C10 no nos dará mas que 15 Ah de energía antes de parar el suministro.


Las baterías de uso fotovoltaico son de tipo estacionario, diseñadas para ofrecer servicios semicontínuos o intermitentes de energía durante períodos largos de tiempo, varias horas o días. Su profundidad de descarga cuando son nuevas oscila entre el 50% y el 80%. Existe gran variedad de capacidades y se dividen en varios tipos en función de la composición química de los elementos sólidos y líquidos que las componen. Solemos dividirlas también por el tipo de carcasa que tienen, ya que las de poca capacidad suelen venir en una carcasa tipo monoblock como las de coche (aunque su composición es diferente). Las de media y gran capacidad las componen elementos individuales de gran tamaño que tienen que ser interconectados entre si para conseguir la capacidad y el voltaje adecuados al uso que se le va a exigir. Por su composición química las dividimos en los siguientes tipos:



  • De plomo-acido: Son las que dominan el mercado, sobre todo por precio. Cuando están cargadas contienen bióxido de plomo y ácido sulfúrico y a medida que se descargan generan la energía eléctrica, sulfato de plomo y agua. Son sensibles a los cortocircuítos y requieren de un mantenimiento meticuloso para que su vida útil no se reduzca. Además generan gases tóxicos, por lo que hay que dedicarles un espacio ventilado, aunque para pequeñas capacidades existen baterías selladas en las que se añade un gelificante que espesa los líquidos del electrolito con lo que no se producen perdidas de este, mejorando la recuperación en descargas profundas y evitando el rellenado y mantenimiento(baterías de gel). .En grandes capacidades se utiliza para las placas una aleación de plomo y antimonio(Pb-Sb) que permite profundidades de descarga de hasta el 80% si esta es lenta. De todas maneras las profundidades de descarga óptimas deben ser inferiores al 50%. Estas baterías se presentan generalmente en vasos individuales de 2 voltios de tensión nominal y es necesario conectarlos hasta conseguir las tensiones comúnmente utilizadas en fotovoltaica, 12V,24V o 48V.




  • De níquel- cadmio: Su elevado precio las inhabilita para grandes instalaciones, aunque pueden soportar descargas hasta del 90% y aguantar temperaturas extremas. La falta de líquido no las avería y no generan gases corrosivos. Su mantenimiento es mínimo.




  • De plomo calcio (Pb-Ca): Su precio es moderado. Tienen una baja autodescarga y carecen totalmente de mantenimiento. Son muy utilizadas para pequeñas capacidades por la comodidad que ofrecen. Pero su baja profundidad de descarga, de uso general del 20% y límite en el 40% las sitúan en la mitad de la capacidad de una estacionaria de plomo ácido.




  • De Níquel hierro ( Ni-Fe): Al igual que otras tecnologías la Ni-Fe está regresando al panorama de las baterías y ya se montan unidades en modelos de bicicletas eléctricas y otros aparatos que necesitan una autonomía moderada, aunque su uso en fotovoltaica es casi inexistente.



UTILIZACIÓN Y MANTENIMIENTO

Las baterías tienen una vida limitada, dependiendo de su composición y calidad de fabricación. Aquellas que carecen de mantenimiento son menos delicadas y tan solo se debe controlar que las descargas que se les exige no sean demasiado profundas, cuestión que suelen controlar los elementos de control de carga (reguladores). Sin embargo es crucial para las baterías abiertas ser muy cuidadoso con el trato que se les dispensa, ya que pueden sufrir mermas de durabilidad importantes o incluso la muerte o incapacidad para la recuperación de la carga si su uso o mantenimiento son inadecuados.


Los límites de descarga tienen que ser respetados dado que se puede dar una reacción química anómala en el interior del vaso(o vasos) que genere el fenómeno de sulfactación, en virtud del cual las placas sólidas, que son de signos opuestos, pueden quedar unidas o comunicadas , lo que supondrá la total inutilización de las mismas. De hecho el fenómeno de sulfactación comienza ya con la primera descarga del acumulador, que en las sucesivas reacciones químicas de los ciclos de carga y descarga va perdiendo capacidad útil. Esto se da debido a que la reacción química nunca es perfecta, es decir, siempre existe alguna cantidad de reactivo que no consigue combinarse o lo hace de manera anómala y pierde así la capacidad de volver a su estado original. Se ha observado que el calor interno que adquiere el electrolito está relacionado con este fenómeno. La vida de la batería comienza a extinguirse desde el primer día. Estos errores de carga son mas frecuentes cuanto mas rápida es la descarga y cuanto mas profunda es( pues se calienta). Por lo tanto la manera ideal de operar una batería estacionaria es realizar los consumos dilatadamente ,no encendiendo varios dispositivos al mismo tiempo. La vida de una batería no se mide en años sino en ciclos, cada ciclo de carga y descarga completo es la unidad. Con un buen uso y mantenimiento se consiguen vidas útiles muy largas, aunque difíciles de cuantificar en tiempo. Lo que es seguro es que en la vida de la instalación las baterías tipo Pb-Sb deberán ser substituídas por lo menos una vez, en muchos casos dos veces o incluso mas.
En cuanto al mantenimiento hay que evitar que el nivel de líquido baje del mínimo establecido añadiendo mas cuando sea preciso. También es conveniente someter la batería a una sobrecarga o carga de ecualización durante aproximadamente dos horas una vez al mes cuando es nueva y mas a menudo a medida que pasa el tiempo. Con esta carga de ecualización consistente en cargar al máximo y seguir inyectando energía de los paneles durante un tiempo, se consigue hacer burbujear el líquido, con lo que las substancias no reaccionadas que están en el fondo del vaso subirán y probablemente reaccionen parcialmente ,con lo que se conseguirá cierta recuperación de material activo. Destacaremos también la necesidad mantener una temperatura dentro de unos parámetros adecuados cercanos a los 20ºC. El exceso de calor perjudica la capacidad de la batería y el frío extremo puede ralentizar mucho las reacciones químicas, impidiendo la entrega de carga con normalidad. El riesgo de congelación es muy bajo si la batería está plenamente cargada, pero si está descargada este riesgo aumenta y puede producirse la total inutilización de la misma.

CAPACIDAD DE ACUMULACIÓN INSTALADA

El acumulador tiene que ofrecer una capacidad suficiente para que , en ausencia de sol varios días por adversidades climatológicas, exista un suministro suficiente de electricidad. Por tanto su capacidad debe ser equivalente al consumo diario estimado por el número de días de autonomía deseado. Si hemos estimado el consumo en wh ( vatios por hora) es fácil saber cual será la capacidad necesaria de la batería, ya que si dividimos el consumo(Wh) entre la tensión del circuito(V) tendremos la capacidad de la batería (Ah). Por ejemplo:


Necesitamos 1000 Wh de consumo durante 6 dias. La tensión de la batería es de 24 V. Pues 1000Wh * 6 días = 6000 Wh. Para saber cuantos amperios por hora son dividimos entre la tensión: 6000/24 = 250 Ah. Una batería de 250Ah no nos dará esa energía, ya que su profundidad de descarga nunca será del 100%. Supongamos que es del 50%, entonces solo nos estaría dando la mitad de lo que necesitamos, con lo que la capacidad tendría que ser el doble, o sea 500Ah.
Ya habíamos hablado que las baterías tienen pérdidas por autodescarga y porque gastan cierta cantidad de energía para producir las reacciones químicas de su interior( suele ser un 10%. También sabemos que pierden vida útil. Todo esto nos tiene que llevar a una mayor capacidad de la batería. Por tanto 500Ah hay que sumarle un 10% por lo que consume: 500* 1.1= 550Ah. Y hay que sumarle un margen de seguridad que cubra su envejecimiento durante varios años y también posibles sobreconsumos, como mínimo un 10% mas: 550 * 1.1= 605 Ah es una batería razonablemente bien dimensionada para un consumo de 1000Wh con autonomía de 6 días en un circuito de 24V.

ASOCIACIÓN DE BATERÍAS
Cada batería tiene un voltaje de operación. Para aumentar este voltaje se pueden combinar varias baterías configurándolas en serie. LAS BATERÏAS ASOCIADAS DEBEN SER NECESARIAMENTE IDËNTICAS EN CAPACIDAD VOLTAJE Y ESTADO DE DESGASTE.
Un ejemplo sencillo de baterías en serie se da diariamente en casi todos los dispositivos del hogar que lleven dos o mas pilas. El polo negativo que no está asociado a otra pila ejerce de polo negativo del conjunto, e igual pasa con el positivo libre. El resto de polos se tocan positivo de una pila con negativo de la siguiente. En una asociación en serie de dos pilas de 1,5 voltios y 700 mAh ( mili amperios hora) se obtienen 3 voltios y 700 mAh. Es decir que se suman los voltajes y la capacidad permanece igual. Si pasamos esto a acumuladores estacionarios el esquema es el mismo y el resultado también. Por tanto en las baterías Pb-Sb que se presentan en vasos de 2 V cada uno es imprescindible asociar varios vasos en serie para obtener el voltaje adecuado ( generalmente 12V , 24V o 48 V).
También se pueden asociar las baterías para aumentar la carga sin tocar el voltaje. Esto se consigue uniendo por un conductor todos los polos positivos y por otra parte todos los negativos. El resultado es mantener el voltaje original nominal de las baterías y sumar las capacidades de estas. Un ejemplo:
Si disponemos de dos baterías monoblock idénticas de 500 Ah y 12V obtendremos:

  • Conectándolas en serie( un positivo con un negativo y los polos libres al circuito) nos darán 500 Ah a 24V

  • Conectándolas en paralelo (uniendo ambos positivos y por otro lado ambos negativos y de los polos de una al circuito) nos darán 1000 Ah a 12V.


Compartir con tus amigos:


La base de datos está protegida por derechos de autor ©composi.info 2017
enviar mensaje

    Página principal