Paneles de energía
solar fotovoltaica

Acumuladores de energía eléctrica

En las instalaciones autónomas 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).

Características de los acumuladores:

  • Los acumuladores eléctricos tienen una función muy importante y fundamental en el buen funcionamiento y en la duración de una instalación solar fotovoltaica.
  • 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.

Podemos diferenciar diferentes tipos de acumuladores según su utilización:

  • Acumuladores estacionarios: 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.
  • Acumuladores de arranque: se encargan de producir energía eléctrica con valores de intensidad de corriente elevados durante tiempos cortos, por ejemplo, en los de los coches cada vez que se ponen en marcha, o bien cuando se arranca un motor. Las placas de los electrodos de estos acumuladores tienen más grueso que los de los estacionarios y su vida útil es más corta debido a las "duras" condiciones de trabajo.
  • 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 solares fotovoltaicas, utilizar preferentemente los acumuladores estacionarios.

En cuanto a las características del electrolito, tenemos de tipo:

  • Ácido (de plomo-ácido, Pb-Sb, Pb-Cd).
  • Alcalino (níquel-cadmio).

Los principales parámetros de un acumulador de energía eléctrica son:

  • Capacidad: 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 útil depende del tipo de acumulador y de las condiciones de trabajo, pero suele tener valores desde el 30% hasta más del 90% (en acumuladores alcalinos de buena calidad) de la capacidad máxima. La cantidad de electricidad que puede proporcionar un acumulador también depende del tiempo de descarga, por lo que la capacidad será mayor cuanto más lentamente se produzca la descarga. 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). Estos valores nos dan el número de horas durante las que teóricamente podríamos disponer de una intensidad de corriente determinada procedente del acumulador.
  • 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.
  • Vida útil: se suele medir 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 años.
  • 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.

Funciones del acumulador eléctrico

Las funciones básicas de los acumuladores en instalaciones solares son:

  • Suministrar energía en ausencia de radiación: noches y días con nubes, en el ciclo diario y en el ciclo estacional.
  • 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.
  • 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.

Como hemos dicho, los más usados ​​en instalaciones solares fotovoltaicas son los de tipo estacionarios de plomo-ácido.

Tipología de acumuladores

Entre los acumuladores de plomo-ácido que hay en el mercado, en diferenciamos tres tipos:

  • Acumuladores compactos, tipo monobloque: (semejantes a los de tipo de arranque). De utilización habitual en instalaciones pequeñas (uso en fines de semana ...).
  • Acumuladores estacionarios: construidos con vasos independientes, placas tubulares y rejas con bajo contenido de antimonio. Estos son los ideales para las instalaciones solares fotovoltaicas, ya que han sido diseñados para poder descargar lentamente y recargarlos cuando haya disponibilidad de energía.
  • Acumuladores de tracción: pensados ​​para mover vehículos y carretillas eléctricas; son más económicos que los estacionarios y pueden dar un buen servicio en instalaciones solares fotovoltaicas, siempre que se tenga en cuenta que necesitan un mantenimiento más frecuente.

Es importante conocer que, cuando se conecta el acumulador a los módulos fotovoltaicos, el voltaje del acumulador determina el voltaje de funcionamiento de los módulos. Así pues, la curva de funcionamiento de los módulos tendrá un punto de funcionamiento condicionado por el acumulador y no al revés, por lo que el valor de la intensidad que da el módulo se ajusta en función de la tensión de la acumulador conectado.

Aunque normalmente los acumuladores se identifican por su valor de voltaje nominal, en realidad, el voltaje de cada celda o vaso varía en función del estado de carga. Este valor fluctúa entre valores 1,85 V (descargado) y 2,4 V (cargado), aproximadamente, de acuerdo con el tipo y el fabricante.

En un acumulador formado por 6 vasos (12 V nominales), el margen de fluctuación va de 10,5 a 14,4 V.

Hay que tener en cuenta que, normalmente, en una instalación de energía solar fotovoltaica, el voltaje de los módulos será similar al de la batería (salvo en los casos en que el regulador tenga seguidor del punto de máxima potencia de los módulos). Este hecho conlleva que los módulos trabajen a voltajes inferiores al de máxima potencia y, por tanto, a una potencia inferior a la máxima posible.

Así, pues, a la hora de escoger el acumulador adecuado para una instalación solar fotovoltaica, la elección siempre será un compromiso entre economía e idoneidad, respetando unos mínimos de calidad en cuanto a fiabilidad y duración.

En todo caso, para la correcta selección del acumulador adecuado, será necesario disponer de las características con las curvas de funcionamiento.

Para la selección de una batería, al menos es necesario conocer:

  • Tipo de batería con tensión nominal, dimensiones, peso ...
  • Capacidades de descarga C20, C50, C100 con los valores correspondientes de tensión de corte.
  • Margen de temperaturas de trabajo.
  • Profundidad máxima de descarga.
  • Valor de autodescarga.
  • Ciclo máximo diario permitido.
  • Tiempo máximo de trabajo en un 50% de carga y con un ciclo del 10%.
  • Rendimiento de carga.
  • Variación de la capacidad en función de la temperatura.
  • Voltajes finales de acuerdo con el régimen de descarga.
  • Voltaje máximo de carga en función de la temperatura y del régimen de carga.
  • Temperatura de congelación.
  • 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:

  • 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 (p. Ej., 14 V en baterías de 12 V). 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. Para una batería típica de plomo-ácido de 12 V, este valor es de 10 V. En los casos de baterías de plomo-ácido, se debe evitar el efecto de sulfatación que tiene lugar cuando se llega a un estado alto de profundidad de descarga y se queda así un tiempo. El sulfato de plomo comienza un proceso de descristal·lització irreversible, bloquea la reacción de carga y hace que la batería se comporte como si hubiera perdido parte de su capacidad, por lo que hay que sustituir por otra. Por otra parte, se debe procurar no sobrecargar la batería, ya que en estas condiciones, si los paneles siguen mandando corriente a la batería, se siguen produciendo reacciones químicas del electrolito y comienza a producir oxígeno e hidrógeno gaseosos, lo que la perjudica y le acorta la vida útil. Algunos fabricantes incorporan unos tapones recuperadores que, mediante "catálisis", recombinan el oxígeno y el hidrógeno volviendo el agua en las celdas. Pero la mejor manera de prevenir la gasificación es un regulador de carga.
  • Velocidad de carga o descarga
    Si una batería se carga, el voltaje en sus terminales es superior que si desconnectéssim la corriente de carga para que la resistencia interna de la batería produce una caída interna de tensión. 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.
  • 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 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.

Por otro lado, hay que tener en cuenta que:

  • Al aumentar la temperatura, las reacciones se aceleran y, por tanto, la vida útil disminuye.
  • Al disminuir la temperatura, la vida útil aumenta, pero se corre el riesgo de congelación, lo que puede provocar daños irrecuperables a la batería. Por lo tanto, para prever este hecho, se deberá adecuar la sala de baterías con temperaturas moderadas.

En una batería normal ácida (Pb-ácido sulfúrico), la concentración de ácido es del 40% y, en estas condiciones, el punto de congelación es de -60ºC. Cuando la batería se descarga, como que disminuye la concentración de electrolito, aumenta el punto de congelación, que llega al límite del punto de congelación de los 0ºC cuando la concentración de electrolito es cero (agua). Entonces la batería se puede estropear definitivamente (instalaciones de alta montaña). Este fenómeno reafirma la necesidad de tener la sala de baterías lo más aislada posible del frío.

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Última revisión: 7 de abril de 2016