Acumulación, baterías FV Qué es la acumulación de energía. Alguna lectura interesante sobre los acumuladores. Forma parte del Contenido de aula solar fotovoltaica
Esta sección habla de acumuladores fotovoltaicos o también llamados baterías solares.
Acumulación de la energía fotovoltaica
La extracción y acumulación de agua desde pozos o acuíferos subterráneos es una aplicación muy eficaz de la energía solar FV que comentaremos más adelante, pero no es otra cosa que almacenamiento de kwh, algo que también podemos hacer en acumuladores o baterías que es de lo que vamos a hablar en esta página.- Anodo, cátodo y electrolito
- Profundidad de descarga y vida útil
- Regulador de carga
- Autodescarga y temperatura
- Esquema de conexión en serie
- Esquema de conexión en paralelo
Si utilizamos un generador solar para extraer agua y depositarla a una determinada altura en lugar de usarla directamente para el riego, no estaríamos haciendo otra cosa que almacenar energía solar en forma potencial.
El ejemplo es válido para explicar que en los casos en los que no utilizamos la energía captada inmediatamente a la captación, la acumulamos empleándola en producir una reacción química que podemos revertir en el momento en que la necesitemos por falta de sol. Queda claro entonces, que la posibilidad de acumular kwh implica un trabajo extra para el campo de paneles, en definitiva una carga añadida al generador solar con la que habremos de contar para su dimensionado.
Anodo, cátodo y electrolito
Parece un truco de magia; empleamos energía en descomponer una solución y de esta forma queda guardada para cuando la necesitemos. La recomposición de esa solución química nos devolverá la energía empleada previamente.El almacenamiento químico de la energía FV se realiza en un conjunto de vasos encapsulados y aislados entre sí llamados celdas electroquímicas, que constan de un ánodo, un cátodo ( positivo y negativo respectivamente ) y un electrolito que se descompone al estar sometido a una tensión eléctrica en forma continua. Cuando comunicamos mediante una resistencia exterior los bornes ( positivo y negativo ), comienza la recomposición del electrolito hasta que sus cargas eléctricas se neutralizan. Este ciclo de carga y descarga puede repetirse muchas veces hasta que el sistema empieza a perder eficacia, es decir, ni se carga por completo tardando más tiempo en hacerlo, ni aporta tensión como lo hacía en los primeros ciclos.
Parece lógico pensar que en cada ciclo, una pequeña parte de esa energía se queda por el camino de forma inútil para nuestro propósito y generalmente en forma de calor como ocurre en la mayoría de las transformaciones energéticas. Varias celdas o vasos forman una batería, aportando cada uno de ellos aprox. 2 Voltios para que el conjunto de todos ellos conectados en serie pueda dar una tensión nominal de 12, 24, 48,etc
Profundidad de descarga y vida útil
Parece evidente que en una instalación fotovoltaica no son necesarios acumuladores capaces de aportar picos de elevada descarga en pocos instantes, como por ejemplo para arrancar el motor de un coche, si no todo lo contrario: mantener una descarga paulatina y prolongada durante muchas horas e incluso días. Se utilizan generalmente las de plomo ácido por su equilibrio entre precio y características que se adecuan a las necesidades de una instalación solar FV.Su vida útil depende de muchos factores, pero uno de lo más perjudiciales, junto con las bajas temperaturas, es el exceso de descarga en cada ciclo. El fabricante nos indica un número fiable de ciclos siempre que respetemos la profundidad de descarga indicada por él. Si las sometemos frecuentemente a descargas profundas, envejecerán prematuramente. Por ejemplo, si el fabricante nos indica 400 ciclos útiles de carga mientras estos no alcancen a una profundidad de descarga del 60% de su total de carga, deberemos hacer que comience a recibir energía y/o dejar de entregarla antes de superar el nivel de descarga indicado.
Al hablar de la capacidad solemos emplear la expresión " Amperios-hora " en lugar de watios-hora debido a que lo que importa en esta definición es el tiempo de extracción de la energía contenida en el acumulador. Energía = watios x hora = Voltios x Amperios x hora Conocemos la energía contenida ( capacidad nominal ) y sabemos que la tensión es teóricamente constante, por tanto la energía extraída depende solo del producto Amperios.hora, es decir, muchos Amperios en pocas horas o pocos Amperios en muchas horas.
En las empleadas en energía solar generalmente los A.h son relativos a 100 horas, pero los fabricantes ofrecen también otros tiempos de referencia. Como hemos explicado antes, el concepto de profundidad de descarga es muy a tener en cuenta para preservar la vida de las baterías; aquí aparece un nuevo parámetro que es la capacidad útil, que no es otra cosa que el producto de la profundidad de descarga por la Cap. nominal. Suponiendo una profundidad máx. de descarga del 70% y Cap. nominal de 100 Ah, la Cap. útil sería de 70 Ah. Energía disponible en la práctica.
Regulador de carga
Toca hablar de la prevención del deterioro prematuro. Si el dueño de una instalación fotovoltaica fuera capaz de vigilar personalmente el estado de carga de las baterías, de tal forma que nunca permitiera que se produjera una sobrecarga o una sobredescarga, no sería necesario instalar un regulador.Debido a que no es conveniente que las baterías se sobrecarguen para evitar la gasificación del electrolito, ni que superen la profundidad de descarga recomendada por el fabricante para evitar la sulfatación, debemos instalar un dispositivo que sea capaz de vigilar con mucha precisión la tensión entre los bornes y evitar que descienda de aprox. 1,9 voltios o que supere los 2,4 voltios por vaso. Si se da la primera condición, nuestro vigilante desconectará las baterías del circuito de consumo para evitar que estas entregue toda su energía hasta el punto de quedar dañada. Si se da la segunda condición, desconectará ( si es en serie ) o derivará ( si es en paralelo ) la corriente de carga procedente de los paneles, también para evitar daños.
Solamente en los casos en que la capacidad de acumulación supere ampliamente la potencia instalada de paneles, como sería el de una instalación prevista para muchos días de autonomía, podría evitarse la instalación de este dispositivo; sin embargo no es nada recomendable exponer al sistema a una avería mucho más costosa que el propio aparato.
Autodescarga y temperatura
Este dispositivo de almacenamiento eléctrico nunca duerme; aún aparentemente inactivas, mantienen un proceso interno de consumo de energía conocido como autodescarga que con el paso de los días puede consumir la suficiente como para inutilizarla. Esto está directamente relacionado con el ambiente en el que se encuentran instaladas; si se dan periodos prolongados de frío, el cálculo de la instalación deberá tener muy en cuenta este factor como una carga añadida a los paneles fotovoltaicos.También las temperaturas demasiado altas acortan su vida útil. Todas las características que da el fabricante suelen ser en referencia a una tmp de 25º C por lo que a la hora de dimensionar una instalación deberemos tener en cuenta si las temperaturas medias del lugar de ubicación están normalmente muy alejadas de la referenciada por el fabricante.
Si la temperatura ambiente está por encima de los 25ºC de referencia, según algunos expertos la capacidad nominal puede aumentar aunque sea en porcentajes muy pequeños (aprox. 1 % por cada grado centígrado sobre 25). Si la temperatura de la batería está muy por encima de la referencia del fabricante, ésta experimenta un efecto similar al de la sobrecarga y la misma consecuencia: se reduce su vida útil.
A bajas temperaturas, sin llegar a la congelación, aumentará su vida útil. Si existe riesgo de congelación deberemos mantener el estado de carga alto para mantener a su vez una alta densidad en el electrolito, lo que afecta al cálculo de la instalación al tener que estimar una menor profundidad de descarga y por tanto mayor número de baterías.
Esquema de conexión en serie
Por si la claridad de la imagen de las dos baterías en serie no fuera suficiente, comentaremos que como puede verse, la corriente continua atraviesa todos los vasos o celdas de ambas y por tanto la intensidad de corriente total del conjunto equivale a la de una sola de ellas. Sin embargo, vemos como la tensión del conjunto equivale a la suma de ambas.No es necesario comentar que cualquier defecto en uno de los vasos de cualquiera de los dos acumuladores haría caer gravemente tanto la tensión como la intensidad en el conjunto.
Esquema de conexión en paralelo
Comentamos también el caso de los acumuladores en paralelo que, como vemos en el dibujo de abajo, ofrecen la suma de cada una de las intensidades de corriente individuales siendo la tensión del conjunto equivalente a la de cualquiera de ellas individualmente. En el caso de la disposición en paralelo, la avería de una de las celdas o vaso, podría provocar la pérdida de potencia en el conjunto al quedar inutilizada una de ellas, manteniéndose fija la tensión del conjunto.Podría darse también la circunstancia de que la batería averiada se convirtiera en una carga adicional para el circuito si el defecto en el vaso no provocara la suficiente resistencia eléctrica como para interrumpir por completo el paso de corriente a través del circuito formado por la serie de celdas.
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