Fundamentos de Acumuladores e Inversores en Instalaciones Solares Fotovoltaicas

Conceptos Clave de Acumuladores e Inversores en Sistemas Fotovoltaicos

¿Cuál es la misión de un acumulador para una instalación fotovoltaica? ¿Qué diferencia hay con una batería de coche?

La misión principal de un acumulador en una instalación fotovoltaica es almacenar la energía eléctrica generada por los paneles solares. Este dispositivo se descarga para suministrar energía cuando es necesario y, debido a su reversibilidad, se puede volver a cargar.

La principal diferencia con una batería de coche radica en su diseño y uso. Las baterías de coche están diseñadas para entregar una alta corriente de arranque en un corto periodo de tiempo (arranque de motor) y luego ser recargadas rápidamente por el alternador. Por el contrario, los acumuladores fotovoltaicos (baterías de ciclo profundo) están diseñados para descargas lentas y profundas, y para soportar un gran número de ciclos de carga y descarga a lo largo de su vida útil, lo cual es esencial en sistemas de energía solar.

¿Qué tipo de batería se utiliza en las instalaciones solares fotovoltaicas?

En las instalaciones solares fotovoltaicas se utilizan principalmente baterías de ciclo profundo, entre las que destacan:

• Baterías estacionarias OPzS de Plomo-Ácido: Son muy comunes debido a su robustez y larga vida útil, especialmente en instalaciones de gran tamaño.
• Níquel-Cadmio (Ni-Cd): Ofrecen una buena resistencia a temperaturas extremas y a descargas profundas, aunque su coste es más elevado y contienen materiales tóxicos.
• Níquel-Hierro (Ni-Fe): Conocidas por su extrema durabilidad y resistencia, aunque su eficiencia de carga es menor.

¿Cuál es la misión de los tapones de las baterías de vaso abierto OPzS? ¿Cómo podemos evitar los riesgos?

La misión de los tapones en las baterías de vaso abierto OPzS es evitar la pérdida de gases de hidrógeno y oxígeno que se producen durante el proceso de carga (electrólisis del agua).

Para evitar los riesgos asociados a la acumulación de estos gases (que son inflamables y explosivos), se recomienda:

• Asegurar una ventilación adecuada del cuarto de baterías.
• Hacer que los gases pasen por catalizadores para que vuelvan a convertirse en agua, reduciendo así la emisión de gases y la necesidad de rellenar el electrolito.

¿Qué es la tensión de flotación de una batería? ¿Qué evita dicha tensión? ¿Qué aparato aporta la tensión de flotación? ¿Qué es la tensión de igualación?

• Tensión de flotación: Es la tensión constante que se le aplica a una batería para mantenerla en un estado de carga completa y evitar su autodescarga.
• ¿Qué evita dicha tensión?: Evita que el acumulador sufra una autodescarga cuando no está en uso o cuando la demanda de energía es baja.
• ¿Qué aparato aporta la tensión de flotación?: El regulador de carga es el aparato encargado de aplicar y mantener la tensión de flotación.
• Tensión de igualación: Es un valor de tensión mayor que se le aplica a la tensión de flotación durante un periodo determinado. Su objetivo es conseguir llevar todas las celdas de la batería al estado de plena carga en un tiempo más corto y compensar posibles desequilibrios entre ellas.

Cálculo de Tensión de Flotación Corregida por Temperatura

Si la tensión de flotación recomendada que nos da el fabricante en las especificaciones de un acumulador de Plomo-Ácido es de 2.32V para una temperatura de 25 °C. ¿Qué valor corregido de tensión de flotación le corresponde si la temperatura en el momento de efectuar la recarga es de Tactual = 40 °C?

La corrección por temperatura para baterías de Plomo-Ácido es crucial. La fórmula general para ajustar la tensión de flotación es:

V_corregida = V_nominal - (T_actual - T_referencia) × Coeficiente_temperatura

Aplicando los valores dados:

V_corregida = 2.32V - (40 °C - 25 °C) × 0.0055 V/°C

V_corregida = 2.32V - (15 °C) × 0.0055 V/°C

V_corregida = 2.32V - 0.0825V

V_corregida = 2.2375V

Por lo tanto, el valor corregido de tensión de flotación sería aproximadamente 2.23V.

Define capacidad de una batería. Fórmula y unidad.

La capacidad de una batería es la intensidad de corriente que es capaz de suministrar la batería en un determinado tiempo.

Fórmula: Q = I · t

Donde:

• Q es la capacidad.
• I es la intensidad de corriente.
• t es el tiempo.

También se puede expresar como Q = e · F · N, donde e es la carga del electrón, F es la constante de Faraday y N es el número de electrones transferidos.

Unidad: La unidad estándar de capacidad para baterías es el Amperio-hora (A·h).

¿Qué quiere decir que el régimen de descarga intensidad-tiempo afecta a la capacidad? Ej: C10 o C100.

Significa que a mayor intensidad de descarga, menor es el valor de la capacidad real del acumulador. Este fenómeno se conoce como el efecto Peukert.

Los regímenes de descarga (como C10 o C100) indican el tiempo en horas durante el cual la batería puede entregar su capacidad nominal a una corriente constante. Por ejemplo:

• C10: La capacidad nominal se mide cuando la batería se descarga completamente en 10 horas.
• C100: La capacidad nominal se mide cuando la batería se descarga completamente en 100 horas.

Una batería de 100 A·h (C10) podría no entregar 100 A·h si se descarga en 1 hora (C1), sino quizás solo 70-80 A·h, debido a las pérdidas internas y la eficiencia reducida a altas corrientes.

Definiciones clave en el estado de la batería: DOD, SOC, PDmax

• Profundidad de Descarga (DOD - Depth of Discharge): Es la relación entre la cantidad de corriente cedida por una batería y la capacidad total de la misma. Se expresa generalmente en porcentaje. Un DOD del 80% significa que se ha utilizado el 80% de la capacidad de la batería.
• Estado de Carga (SOC - State of Charge): Representa la carga que le queda a la batería en un momento dado, también expresado en porcentaje. Un SOC del 20% significa que la batería tiene un 20% de su capacidad restante. (Nótese que SOC = 100% - DOD).
• Profundidad de Descarga Máxima (PDmax): Es el tanto por ciento de la capacidad que se ha sacado de la batería al final del periodo de autonomía fijado, en comparación con la capacidad nominal a plena carga. Es un parámetro crítico para la vida útil de la batería; una PDmax más baja (descargas menos profundas) prolonga la vida del acumulador.

Rendimiento de Inversores Fotovoltaicos

Rendimiento

El rendimiento de un inversor es la relación entre la potencia de salida (potencia que el inversor entrega a la red o a los consumos) y la potencia de entrada (potencia que recibe de los paneles fotovoltaicos). Se expresa en porcentaje y es un indicador clave de la eficiencia del inversor.

Tipos de Inversores para Conexión a Red

Existen varios tipos de inversores utilizados en sistemas fotovoltaicos conectados a la red, cada uno con sus características:

• Inversor Central: Permite la generación de potencias elevadas con buen rendimiento y coste reducido por vatio. Son ideales para grandes instalaciones.
• Inversor de Cadena (String Inverter): Formado por varias ramas de módulos conectados en serie (cadenas). Su rendimiento suele ser muy bueno, y son adecuados para instalaciones residenciales o comerciales de tamaño medio.
• Inversor Multicadena: Permite la conexión de varias ramas de módulos, cada una con su propio seguidor de Punto de Máxima Potencia (MPPT - Maximum Power Point Tracker). Esto optimiza la producción de energía incluso si hay sombras parciales o diferentes orientaciones en las cadenas.
• Inversor Integrado en el Módulo (Microinversor): Van directamente instalados en cada módulo fotovoltaico individual. Su rendimiento puede ser inferior al de los inversores de cadena en condiciones ideales, pero maximizan la producción de cada módulo de forma independiente, lo que es ventajoso en instalaciones con sombras o módulos de diferentes características.