En las instalaciones aisladas de suministro de electricidad, es necesario almacenar la energía captada durante las horas de radiación solar a fin de poder cubrir el suministro durante las horas en que no hay (ciclo diario y ciclo estacional). Para ello, es necesaria la instalación de un acumulador de energía eléctrica.
Los acumuladores de energía solar eléctricos deben tener suficiente capacidad para asegurar el suministro de electricidad durante períodos de nubes (autonomía de la instalación). Se trata de sistemas electroquímicos basados en reacciones químicas reversibles que tienen lugar en su interior.
Habitualmente, las instalaciones fotovoltaicas autónomas, además de acumuladores eléctricos fotovoltaicos, van acompañados de acumuladores de calor. En este tipo de instalaciones, a menudo no llega la red eléctrica y también se utilizan las placas solares para obtener agua caliente para uso doméstico y calefacción.
En instalaciones conectadas a la red eléctrica también se pueden utilizar acumuladores solares para ahorrar energía y reducir el importe de la factura de la luz.
Parámetros principales de un acumulador eléctrico
Los principales parámetros de un acumulador de energía eléctrica son:
1. Capacidad del acumulador
La capacidad es la máxima cantidad de electricidad que puede almacenar. En la práctica, y para evitar daños irreversibles en la batería, sólo puede proporcionar una parte de la capacidad total, que llamamos capacidad útil.
La capacidad de la batería se expresa en amperios hora (Ah). Con la notación C5, C25, C100 se representa el tiempo de descarga en horas, respectivamente 5, 25 o 100 (C5 = descarga en 5 horas).
Las baterías de litio son unas de las que tienen una mayor capacidad.
2. Profundidad de descarga
La profundidad de descarga es el tanto por ciento sobre la capacidad máxima del acumulador que se puede extraer de la batería en condiciones normales. Es un término muy variable que depende mucho del tipo de acumulador y que influye en su vida útil.
3. Vida útil
La vida útil suele medirse en ciclos (más que en años), por lo que un ciclo es un proceso completo de carga-descarga (hasta llegar a la profundidad de descarga recomendada). Si suponemos un ciclo medio de un ciclo por día y un acumulador bien mantenido, debería durar un mínimo de 10 o 15 años.
4. Autodescarga
Autodescarga: es un fenómeno por el que un acumulador, por causas diversas, se descarga lentamente pero de manera continua aunque no esté conectado a un circuito externo.
¿Cuáles son los tipos de acumuladores eléctricos?
Podemos diferenciar diferentes tipos de acumuladores según su utilización:
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Baterías monoblock: estas baterías son de utilización habitual en instalaciones pequeñas.
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Baterías estacionarias: suelen estar en un lugar fijo y proporcionan corriente eléctrica de manera permanente o esporádica para diversos fines. En ningún momento, sin embargo, se les pide que den valores de intensidades elevadas en tiempos cortos.
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Acumuladores de arranque: se encargan de producir energía eléctrica con valores de intensidad de corriente elevados durante tiempos cortos.
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Acumuladores de tracción: se encargan de proporcionar corriente a pequeños vehículos eléctricos y, por tanto, se les pide unas intensidades de corriente relativamente altas durante periodos de algunas horas.
Para las instalaciones con paneles solares fotovoltaicos, utilizar preferentemente los acumuladores estacionarios.
¿Qué función tiene un acumulador eléctrico?
Las funciones básicas de los acumuladores solares son:
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Suministrar energía en ausencia de radiación. Durante las noches, días nublados, en el ciclo diario y en el ciclo estacional se debe asegurar el suministro de energía para el uso de radiadores eléctricos u otros dispositivos.
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Mantener un nivel estable de voltaje en la instalación: la tensión en la salida de los módulos varía en función de la radiación incidente, la cual puede no ser muy buena para el funcionamiento de algunos aparatos.
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Suministrar una potencia instantánea, o durante un tiempo limitado, superior a la que el campo de paneles podría generar incluso en el mejor de los casos. Es el caso del arranque de motores como, por ejemplo, el motor del compresor de una nevera.
Características de un acumulador solar
Para la selección de una batería, al menos es necesario conocer:
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Tipo de batería con tensión nominal, dimensiones, peso ...
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Capacidades de descarga C20, C50, C100 con los valores correspondientes de tensión de corte.
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Margen de temperaturas de trabajo.
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Profundidad máxima de descarga.
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Valor de autodescarga.
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Ciclo máximo diario permitido.
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Tiempo máximo de trabajo en un 50% de carga y con un ciclo del 10%.
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Rendimiento de carga.
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Variación de la capacidad en función de la temperatura.
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Voltajes finales de acuerdo con el régimen de descarga.
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Voltaje máximo de carga en función de la temperatura y del régimen de carga.
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Temperatura de congelación.
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Densidad según el estado de carga.
Comportamiento de una batería de acumuladores en una instalación de energía solar fotovoltaica
El voltaje en los terminales de la batería depende de los siguientes factores:
1. Nivel o estado de carga
El voltaje en los terminales de la batería disminuye cuando se descarga y aumenta cuando se carga hasta alcanzar un máximo. Cuando se descarga, antes de hacerlo del todo, se llega a un valor de tensión inferior límite por debajo del cual la batería se puede no recuperar si se continúa descargando.
Por otra parte, se debe procurar no sobrecargar la batería. Si los paneles solares siguen mandando corriente a la batería, se siguen produciendo reacciones químicas que perjudican y acortan la vida útil del acumulador solar.
2. Velocidad de carga o descarga
Si una batería se carga, el voltaje en sus terminales es superior al de la caída de la resistencia eléctrica interna. Cuando se descarga pasa al revés: la pequeña caída de tensión en la resistencia interna hace que la diferencia de potencial en los terminales sea algo inferior a la medida.
3. Temperatura
Como las reacciones internas que tienen lugar en una batería son de naturaleza química, la temperatura tiene una influencia decisiva en estas reacciones. Así, pues, el voltaje final recomendado para alcanzar el estado de carga plena deberá ser más alto cuanto más baja sea la temperatura, porque las reacciones químicas tienen más dificultades para tener lugar y, por tanto, necesitan más energía para que el proceso se ejecute.
Este hecho es importante, ya que según el lugar donde sea la instalación, se deberá corregir el valor de la tensión aplicada en función de la temperatura a la que esté sometida la batería. Esto condiciona la sala de las baterías, como veremos más adelante.