Las baterías solares son acumuladores eléctricos para almacenar la energía eléctrica generada por una placa fotovoltaica en una instalación de energía solar. En ocasiones, también se las conoce como baterías fotovoltaicas.
Las baterías son dispositivos electroquímicos que utilizan energía química para almacenar o liberar electricidad. En las baterías convencionales, los reactivos se introducen durante la fabricación de la batería. Cuando las baterías se agotan, el voltaje debe debilitarse y la batería debe reemplazarse.
Las baterías solares se utilizan para poder almacenar la energía eléctrica generada por las placas solares fotovoltaicas en las horas de mayor radiación solar. De este modo, más tarde se puede utilizar durante la noche o en días nublados.
El uso de baterías también permite proveer una intensidad de corriente superior que la que puede ofrecer un panel fotovoltaico en funcionamiento. Este sería el caso si se utilizaran varios aparatos eléctricos en un mismo instante.
La mayoría de los kits solares ofrecidos en el mercado del sector fotovoltaico incluyen las baterías.
No todas las instalaciones fotovoltaicas disponen de baterías. En ocasiones, es preferible suministrar toda la energía eléctrica generada por las placas solares a la red eléctrica. De hecho, las grandes instalaciones eléctricas que utilizan energías renovables están conectadas a la red eléctrica.
Composición de una batería solar
Una batería consta de pequeños acumuladores eléctricos de 2V integrados en el mismo elemento. Las baterías suministran corriente continua a 6, 12, 24 o 48V. El acumulador es la celda que almacena energía a través de un proceso electroquímico.
Por ejemplo, cuando hablamos de una batería de 12 voltios, nos referimos a un conjunto en serie de 6 celdas de plomo-ácido de 2 voltios cada una. Las baterías monoblock son baterías compuestas por varias celdas de 2V formando un solo bloque.
Las baterías estacionarias, también conocidas como acumuladores solares, son baterías compuestas por elementos de 2 voltios conectados en serie hasta alcanzar la tensión de trabajo deseada para la instalación solar.
Las baterías de 6V se utilizan en instalaciones fotovoltaicas de pequeño y mediano tamaño.
Funcionamiento de las baterías solares
Las baterías tienen la función de aportar energía eléctrica al sistema en el momento en que los paneles fotovoltaicos no generan la electricidad necesaria. Por ejemplo, durante la noche o en momentos de poca luminosidad.
En el momento en que los paneles solares pueden generar más electricidad que la demandada por el sistema eléctrico toda la energía demandada es suministrada por los paneles y la sobrante se utiliza para cargar las baterías.
Las baterías transforman la energía eléctrica que recibe de los módulos fotovoltaicos en energía química. Esta conversión la realiza a partir de la reacción que se produce cuando dos materiales diferentes, como los de las placas positiva y negativa, se sumergen en el electrolito. El electrólito es una solución de ácido sulfúrico y agua.
La electricidad fluye desde la batería en cuanto hay un circuito eléctrico conectado entre los polos positivo y negativo.
A medida que la batería se va descargando, la composición del plomo de las placas es más parecida. En este momento, disminuye la densidad del ácido y la tensión entre bornes disminuye.
La capacidad de someterse a un proceso de carga y descarga constante se conoce como resistencia a los ciclos de una batería.
Características importantes
Características más importantes a la hora de escoger una batería o un kit solar:
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Capacidad. La capacidad es la intensidad de corriente en amperios (A) que se puede obtener de una descarga completa del acumulador eléctrico cuando éste tiene un estado de carga total.
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Eficiencia de carga. La eficiencia de carga es la relación entre la energía utilizada para rellenar el acumulador y la realmente almacenada. Por lo tanto, cuanto más cercano al 100% mejor.
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Autodescarga. La autodescarga es el proceso de un acumulador eléctrico que sin estar en uso tiende a descargarse.
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Profundidad de descarga. La profundidad de descarga es la cantidad de energía que se obtiene durante una descarga estando en carga total (%).
Vida útil
La vida útil de una batería para instalaciones solares suele ser de unos 10 años.
Sin embargo, si se realizan descargas frecuentes de forma profunda (> 50%) su vida útil cae en picado. Por lo tanto, es conveniente instalar la capacidad suficiente para que no se supere el 50% de la descarga.
Otro factor muy importante es la temperatura. Si la temperatura se mantiene entre 20 y 25ºC la vida útil rondará los 10 años. Por contra, si la temperatura se ve alterada en 10ºC, la vida útil puede reducirse hasta la mitad.
Tipos de baterías más utilizados
Las baterías se clasifican según el tipo de tecnología de fabricación así como de los electrolitos utilizados.
Los tipos de baterías solares más utilizadas en instalaciones fotovoltaicas son las baterías de ácido-plomo, por la relación de precio por energía disponible. Su eficiencia está entre un 85-95%, mientras que las Ni-Cad en un 65%.
Seguramente las mejores baterías serían las de litio, las que se utilizan en los móviles. No obstante, la batería de litio no es viable económicamente para esta aplicación.
Baterías de ácido-plomo para aplicaciones solares
Las baterías de ácido-plomo son las baterías recargables más antiguas. Estas baterías tienen la capacidad de entregar altas intensidades de corriente, por lo tanto, sus celdas tienen una alta densidad de potencia.
Esta característica y su bajo precio las convierten en adecuadas para muchas aplicaciones, en particular en la energía solar, para los kits solares, y para los vehículos de motor. Después de todo, son capaces de ofrecer la alta intensidad que necesitan los motores de arranque.
Debido a que son más baratas que cualquier otro tipo de batería, las baterías de plomo-ácido se utilizan ampliamente. Sin embargo, estas baterías tienen una densidad de energía baja en términos de volumen y peso.
Entonces, si se desea acumular grandes cantidades de energía, el tamaño de la batería tendrá que ser muy grande. Por esta razón, no sería la mejor opción para aplicaciones que requieren un desplazamiento. Normalmente, se utilizan en espacios grandes.
Se pueden usar para almacenar fuentes de alimentos seguras, como torres de telefonía celular, hospitales, instalaciones solares y sistemas eléctricos aislados.
Todas las baterías de ácido-plomo fallan prematuramente cuando no son recargadas completamente después de cada ciclo.
Si una batería de ácido-plomo se deja descargada (durante días) en algún momento, provocará una pérdida permanente de su capacidad.
Baterías líquidas - electrolito líquido
Las baterías líquidas almacenan la energía mediante un combustible recargable compuesto de electrodos o nanopartículas. Este combustible se presenta en estado líquido.
Hay dos tipos de baterías líquidas:
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De forma abierta, con tapas que permiten el cambio del agua.
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De forma sellada, que son cerradas pero con válvulas que permiten las salidas de los posibles gases durante cargas excesivas.
Ventajas de las baterías líquidas
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Las más antiguas
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Su producción permite precios económicos.
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Son menos problemáticas a las sobrecargas.
Desventajas
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Existe el peligro de perder líquido (agresivo).
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Suelen tener una vida útil corta, entre 400 ciclos de carga y descarga.
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Temperaturas muy bajas pueden destruirlas rápidamente.
Baterías AGM - Batería Absortion Glass Mat
Son las baterías más modernas y el ácido está fijado en fibras de vidrio que lo absorbe. En este tipo de baterías el ácido se absorbe mejor y más rápido por placas de plomo de la batería.
Casi todas las baterías AGM son de válvula regulada: VRLA (valve regulated lead acid)
Tienen todas las ventajas de las de gel, además de los siguientes:
Ventajas de las baterías AGM:
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Buena vida útil.
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Más resistencia a climas fríos.
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Su auto descarga es mínima: cuando no se está utilizando las pérdidas de energía són mínimas.
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Baja resistencia interna que permite corrientes altas.
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De ciclo profundo, es decir, están diseñadas para ser descargadas repetidamente hasta un 80% de su capacidad.
Desventajas del uso de las baterías AGM:
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Precio más elevado.
Cada vez más se tiende a las baterías de plomo AGM. Tienen su mejor relación vida / precio. Si manejo es más sencillo.
Para alguien que pueda asegurar la atención necesaria, la batería líquida puede ser la mejor opción. Sobre todo teniendo en cuenta el precio.
Baterías virtuales
Las baterías virtuales es un concepto nuevo que ofrecen algunas compañías eléctricas que se basa en inyectar la energía sobrante a la red eléctrica y acumular su valor económico en una cuenta virtual. Posteriormente, cuando necesitas energía, la compañía te la proporciona y descuenta el valor de tu cuenta.
¿Qué significa que una batería es de ciclo bajo o profundo?
Hay dos tipos de baterías según su ciclo:
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Baterías de ciclo bajo
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Baterías de ciclo profundo
Baterías de ciclo bajo
Las baterías de ciclo bajo están diseñadas para suplir una cantidad de corriente por un corto período de tiempo y soportar pequeñas sobrecargas sin perder electrolitos, como en el caso de las de automóviles.
Sin embargo, estas baterías no soportan descargas profundas. Si son descargadas repetidamente por debajo del 20%, se acorta su vida útil considerablemente. Por lo tanto estas baterías no son una buena elección para sistemas solares fotovoltaicos.
Baterías de ciclo profundo
Este modelo de baterías están diseñadas para ser descargadas repetidamente hasta un 80% de su capacidad. Esta característica las convierte en la mejor opción para sistemas de energía solar.
Impacto sobre el medio ambiente
Las baterías son un residuo especial, tóxico y peligroso. Las baterías solares nunca deben tirarse a la basura directamente. Su recogida debe hacerse de forma temática para llevarlos a un sitio adecuado de reciclaje.
Las baterías tienen una alta capacidad contaminante y el reciclaje implica controlar esa capacidad. Por ejemplo, el mercurio en una pila de botón puede contaminar dos millones de litros de agua; esto plantea graves riesgos, incluso para la salud. Facilita el aprovechamiento de las materias primas contenidas en las baterías.
Después de dejar las baterías en las lavanderías y otros conjuntos, las baterías se llevan al centro de reciclaje; donde se recupera mercurio y otros metales (zinc, cadmio, plomo, plata).
Resumen
Las baterías solares son almacenes de electricidad. Almacenan la electricidad generada por los paneles solares en momentos de baja demanda y la suministran en momentos de mayor demanda.
Estos elementos son capaces de transformar la energía eléctrica en energía química en el momento de carga. En el momento de la descarga transforman, de nuevo, la energía química en electricidad.
