Entendiendo las Baterías: Constitución, Funcionamiento y Cálculo en Instalaciones Solares
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Constitución y Funcionamiento de los Acumuladores
Los acumuladores están constituidos por células electroquímicas, placas, materia activa, rejillas, separadores y electrolito.
Proceso de Carga/Descarga
El proceso implica la conversión de energía eléctrica en química (carga) o de energía química en eléctrica (descarga), mediante el paso de corriente continua.
Acumulador de Plomo-Ácido
Es el tipo de acumulador más utilizado en ISF (Instalaciones Solares Fotovoltaicas) autónomas. El electrodo positivo está compuesto por dióxido de plomo (PbO2), y el electrodo negativo por plomo metálico (Pb). Ambos están sumergidos en una disolución de ácido sulfúrico, con una densidad nominal de 1.24 g/cm3 (plena carga). La tensión nominal de cada celda es de 2V.
Tipos de Acumuladores
Según el Uso
- Arranque
- Tracción
- Estacionarias
Por su Construcción
- Monobloque
- De vasos separados
Constitución y Aleaciones de las Placas
Existen acumuladores de plomo-ácido, plomo-antimonio, plomo-calcio y níquel-cadmio (Pb, Pb-Sb, Pb-Ca, Ni-Cd). Es importante revisar los acumuladores actuales para conocer las últimas tecnologías.
Electrolito Utilizado
- Líquido aireado
- Controlado VRLA (Valve-Regulated Lead-Acid)
- Electrolito inmovilizado (AGM)
- Electrolito gelificado, inmovilizado (Gel)
Características de los Acumuladores
La vida útil de un acumulador se mide en ciclos de carga/descarga, no en años. Los acumuladores de Ni-Cd tienen una vida útil mayor que los de Pb, pero son más caros. Para pequeñas capacidades, se utilizan los de tipo monobloque de Pb ácido, Pb-Sb o Pb-Ca (hasta ~400 Ah). Los hay con electrolito gelificado, que no requieren mantenimiento. Para capacidades de 300 a 5,000 Ah, se utiliza el sistema de vasos separados de 2V cada vaso, necesitando conectar en serie los elementos para conseguir valores de tensión normalizados de 12, 24, 48 V.
Parámetros Eléctricos de una Batería
Profundidad de Descarga (PD)
Es la relación entre la capacidad extraída y la capacidad nominal, expresada como porcentaje. Por ejemplo, una extracción de 10 Ah sobre 100 Ah representa un 10% de profundidad de descarga diaria. Una mayor profundidad de descarga reduce los ciclos de carga/descarga y, por lo tanto, la vida útil.
Vida Útil
Es la cantidad de ciclos de carga-descarga que una batería puede realizar. No se mide en años, sino que depende del régimen de descarga y su profundidad.
Máximo Valor de Corriente (IMAX)
Es la corriente entregada de forma continua durante 20 horas. Se calcula como IMAX = CBAT / 20. ¡No debe superarse!
Capacidad para Almacenar Energía (CBAT)
Es la cantidad de corriente que puede suministrar a lo largo de una descarga, hasta alcanzar el 10% del valor inicial, medida en Amperios-hora (Ah). Depende del régimen de descarga y de la temperatura. Se ajusta a normas internacionales, definiendo el tiempo en horas de descarga a corriente constante, a 20ºC, hasta alcanzar 1.80V de tensión final por elemento (10%).
Capacidad Útil (CU = CBAT · PD)
Es la capacidad que realmente aprovechamos cada día. En el acoplamiento, las baterías se pueden conectar en serie (aumenta la tensión), en paralelo (aumenta la capacidad) o en conexión mixta.
Proceso de Cálculo de ISF Aisladas
- EVALUAR ENERGÍA NECESARIA: CONSUMOS
- EVALUAR LA ENERGÍA DISPONIBLE: PRODUCCIÓN
- CÁLCULO DEL NÚMERO DE PANELES Y CAPACIDAD DE LA BATERÍA
- ELECCIÓN DE OTROS COMPONENTES, SECCIONES, PROTECCIONES
- CUADRO RESUMEN - MEMORIA TÉCNICA
Condiciones de Diseño en ISF
Necesitamos conocer: Necesidades energéticas de la instalación (Wh), ubicación, tipo de uso y tensión de la instalación, características eléctricas del panel a montar, datos de radiación solar en HPS (Horas Pico Solar), días de autonomía sin radiación y con servicio, potencia y características del panel elegido.
Debemos conseguir: Concienciar al usuario de las limitaciones, utilizar electrodomésticos de alta eficiencia, optimizar la instalación en varios aspectos y valorar la relación calidad-precio.