Sistemas de Acumulación: Baterías para Instalaciones Solares Fotovoltaicas

Sistemas de Acumulación en Instalaciones Fotovoltaicas

Tipos de sistemas fotovoltaicos

• Sistema fotovoltaico autónomo: Si existen baterías, estas almacenan energía para ser utilizada en periodos en los que no hay suficiente producción.
• Sistema fotovoltaico de conexión a red: No existen baterías. En los periodos en los que los paneles producen energía, esta se vuelca a la red.

Funciones del Sistema de Acumulación (Baterías)

Las baterías en una instalación fotovoltaica cumplen varias funciones clave:

• Almacenar energía para alimentar la instalación durante un periodo determinado.
• Proporcionar una potencia instantánea elevada.
• Fijar la tensión de trabajo de la instalación (tensión nominal), que suele ser de 12V, 24V, 48V, etc.

Parámetros Clave de una Batería

• Tensión nominal: Es el valor asignado de funcionamiento. Las baterías de plomo-ácido están compuestas por celdas de 2V nominales. Las tensiones disponibles más comunes son 12V (6 celdas en serie), 24V y 48V.
• Tensión de vacío: Es la tensión que presenta la batería sin carga conectada (en circuito abierto, no suministra intensidad).
• Resistencia interna: Cada celda individual que compone la batería presenta una pequeña resistencia a la circulación de la corriente.
• Tensión de trabajo: Es la tensión que presenta una batería cuando alimenta una carga concreta.
• Tensión de flotación: Es la tensión a la que se mantiene una batería después de haber sido completamente cargada para mantener esa capacidad, compensando su auto-descarga.
• Tensión de final de corte: Es el valor a partir del cual el fabricante de la batería recomienda interrumpir la descarga para no dañarla.
• Capacidad: Es la cantidad de corriente que se puede obtener durante la descarga de una batería completamente cargada. Se mide en Amperios-hora (Ah). C (Ah) = I (A) ⋅ t (h). La capacidad de una batería varía dependiendo del tiempo de descarga.

Estado de Carga (SOC) y Profundidad de Descarga (PD)

• Estado de Carga (SOC): Porcentaje de la capacidad disponible en la batería en un momento dado.
• Profundidad de Descarga (PD o DoD): Porcentaje de la capacidad de una batería que se ha extraído en un momento dado.

La relación entre ambos es: SOC + PD = 100%.

Profundidad de Descarga Máxima (PDmax): Es el valor de la profundidad de descarga que el fabricante recomienda no superar para proteger la batería de un daño por descarga excesiva. Un valor típico es del 70%, lo que significa que siempre se debe mantener un 30% de la capacidad de la batería como reserva.

Tipos de Baterías de Plomo-Ácido

Según su aplicación

• Baterías de arranque: Diseñadas para arrancar motores, suministrando una alta intensidad en un corto periodo de tiempo.
• Baterías estacionarias: Durante su utilización no se mueven. Son las más adecuadas para instalaciones fotovoltaicas, ya que tienen una mayor resistencia a los ciclos de carga y descarga.

Según su construcción y mantenimiento

• Abiertas (con mantenimiento): Necesitan un mantenimiento periódico. Si se realiza correctamente, su vida útil puede ser mayor que la de las cerradas.
• Cerradas o selladas (sin mantenimiento): No precisan mantenimiento.
• De gel: El electrolito no es líquido, sino un gel. Funcionan en cualquier posición ya que no se derraman, no emiten gases, son más caras y suelen tener una mayor duración.

Riesgos y Mantenimiento de Baterías

Riesgos del Trabajo con Baterías

• Locales y ventilación: Al sobrecargar la batería, se libera hidrógeno, lo que puede crear una atmósfera explosiva. También pueden liberar gases tóxicos, por lo que necesitan una ventilación adecuada.
• Temperatura: Las baterías son sensibles a la temperatura, especialmente cuando están descargadas, ya que su punto de congelación es más bajo. No se deben dejar a la intemperie.
• Salpicaduras de ácido: Si las baterías no son estancas, existe riesgo de salpicaduras. Es fundamental usar protección adecuada: gafas, guantes, ropa de trabajo y delantal de protección.

Acciones de Mantenimiento Anual

1. Desconexión segura del sistema.
2. Limpieza de la superficie de las baterías.
3. Revisión de los terminales.
4. Comprobación del nivel del electrolito (en baterías abiertas).
5. Comprobación de la densidad del electrolito.
6. Medida de la tensión del circuito.
7. Verificación del par de apriete de las conexiones en serie y paralelo.
8. Comprobación de la bancada o soporte.

Conexión de Baterías en Serie y Paralelo

• Conexión en serie: Se suman las tensiones (V) y la capacidad (Ah) se mantiene constante.
• Conexión en paralelo: Se suman las capacidades (Ah) y la tensión (V) se mantiene constante.

Diseño de Sistemas de Acumulación

El proceso para dimensionar un banco de baterías sigue estos pasos:

1. Obtener la energía diaria consumida (Er en Wh/día): Se calcula multiplicando la potencia de cada receptor por el número de unidades y por su tiempo medio de uso diario, sumando finalmente todos los consumos.
2. Obtener la energía diaria suministrada por las baterías (Ed en Wh/día): Se calcula dividiendo la energía consumida (Er) entre el rendimiento total (en tanto por uno) de la instalación.
3. Obtener el consumo medio diario (Qd en Ah/día): Se calcula dividiendo la energía diaria de las baterías (Ed) entre la tensión nominal del sistema de acumulación (12V, 24V, 48V).
4. Calcular la capacidad total del sistema (C en Ah): Se calcula multiplicando el consumo medio diario (Qd) por los días de autonomía deseados y dividiendo el resultado por la profundidad de descarga máxima (PDmax) expresada en tanto por uno.
5. Obtener el tiempo de descarga: La autonomía expresada en horas (Cxx) permite consultar las tablas del fabricante para seleccionar el modelo de batería adecuado.
6. Configurar el banco de baterías: Acudir a las tablas del fabricante para obtener un diseño que combine bloques en serie y en paralelo para alcanzar la tensión y capacidad requeridas.