Baterias para placas solares fotovoltaicas   (3)

Conceptos sobre baterías para placas solares – Parte III

1 – Capacidad de carga de una batería para placas solares:

La capacidad de carga de una batería solar se entiende como a la cantidad de electricidad que puede suministrar una batería y se mide en amperios hora (Ah). Las variables fundamentales que definen la capacidad de la batería son:

• tiempo de carga, tiempo de descarga o velocidad de carga/descarga
• intensidad de descarga
• temperatura
• tensión final de descarga

La capacidad de una batería se determina en función de la duración de descarga y dicho valor es proporcionado por el fabricante para una duración de 10 horas ( C₁₀) o 100 horas (C₁₀₀). Ese valor facilitado por el fabricante, es la capacidad nominal (C_N ). Para calcular la capacidad de una batería para uso solar, para carga o descarga, podemos utilizar la siguiente ecuación:

C_N [Ah] = I_N [A] * Duración de la carga/descarga [h]

Siendo, como ya hemos visto, C_N la capacidad nominal de la batería y I_N la corriente de carga o descarga. Es decir, por ejemplo, supongamos que tenemos una batería con una capacidad de 300 Ah, de la que estamos extrayendo una corriente constante de 10A, nos dará que la batería tiene un régimen de descarga de 30 horas.

Más ejemplos, si tenemos una batería con una capacidad C₁₀ = 200Ah, implica que la batería podría suministrar 20 Amperios durante 10 horas. O visto de otro modo, una batería con capacidad nominal de 200Ah a un régimen de descarga C₁₀, la corriente de descarga será: C₁₀ (A) = 200 Ah/10 h = 20 A.

Aunque es el fabricante quién debe dar las capacidades de las baterías en función de su régimen de descarga, en el caso que no dispongamos de alguna, podemos usar esta tabla de equivalencias:

C40/C20≈1,14 C20/C10≈1,17 C100/C10≈1,34 C100/C20≈1,25

Hemos de tener en cuenta que esto es una aproximación y es siempre el fabricante quien debe dar este dato.

Por lo general, como en las instalaciones solares fotovoltaicas se tienen ciclos de descarga lentos, se suele usar el término de capacidad de descarga C₁₀₀.

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2 – Profundidad de descarga de una batería para uso fotovoltaico:

La profundidad de descarga de una batería es el porcentaje de la capacidad total de la batería que se usa durante un ciclo de carga o un ciclo descarga. Podemos distinguir dos posibilidades:

• Descargas superficiales: son descargas de aproximadamente el 20% de la capacidad nominal.
• Descargas profundas: son descargas del 60-80% de la capacidad nominal.

En instalaciones de energía solar aisladas, se suelen emplear baterías estacionarias preparadas para descarga profunda, ya que en algunas instalaciones deben soportar el consumo durante varios días. También debemos reseñar que cuanto mayor es la profundidad de descarga, en inglés Depth of Discharge (DOD), menos ciclos de uso nos va a poder dar una batería, se ve con mayor claridad en la siguiente gráfica:

Por otro lado, debemos saber que dependiendo de la velocidad de descarga de la batería, tendremos una tensión final de descarga. Cuanto más rápida se realice la descarga, menor será la tensión final de descarga de la batería. Lo podemos ver con ls siguiente gráfica:

Como puede apreciarse, tal como comentábamos, en el caso de la curva E, se corresponde un régimen de descarga de 5 horas (C₅) y tendríamos una tensión final de descarga de unos 1,6V. Sin embargo, si vemos la curva H, con régimen de descarga de 20 horas (C₂₀), la tensión final de descarga será de unos 1,7V aprox. Por lo que se pone nuevamente de manifiesto que un régimen de descarga lento es más adecuado para una vida útil de la batería más prolongado.

También debemos tener en cuenta que cuantos más ciclos de descarga y cuanto más numerosos sean, acortan la  vida útil de una batería, como veremos a continuación.

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3 – Vida útil de una batería:

Entendemos como la vida útil de una batería como el número de ciclos que puede soportar la batería conservando una capacidad residual por encima del 80% de su capacidad nominal. La vida útil de una batería en instalaciones fotovoltaicas se mide en números de ciclos de carga/descarga. Así pues, si sometemos nuestra batería a un régimen de trabajo muchos ciclos diarios, su vida útil se reducirá, y si por el contrario, el régimen de trabajo es de pocos ciclos diarios, la vida útil se alargará.

Podemos verlo claramente en la siguiente gráfica:

4 – Conexión de baterías en serie y paralelo:

Es habitual, y casi norma general, que en todas las instalaciones fotovoltaicas aisladas es necesario el uso de más de una batería. La solución entonces debe ser adoptada conectando las baterías en serie o en paralelo para lograr la tensión o capacidad necesaria. Analizamos entonces las dos posibilidades de conexión de baterías:

• Baterías conectadas en paralelo: se conectan todos los polos positivos y, por separado, todos los polos negativos. Con este tipo de conexión conseguimos aumentar la capacidad y mantener un mismo valor de tensión. La capacidad total del sistema de baterías será entonces igual a la suma de todas las capacidades de cada batería o, dicho de otro modo, el producto de la capacidad de cada batería por el número de baterías (entendiendo que usamos siempre el mismo tipo de baterías).

En la figura podemos ver un ejemplo de una conexión de baterías en paralelo. Como podemos apreciar, son 3 baterías solares Trojan J185E-AC, de 12V y 249Ah cada una. Por tanto, al estar conectadas en paralelo, la salida del sistema de baterías será de 12V y de 3 x 249Ah = 747Ah.

Como se puede ver, se obtiene la misma tensión de salida que la unitaria de cada batería, pero aumentamos la capacidad final del sistema de acumulación.

• Baterías conectadas en serie: en este caso, conectaremos el polo positivo de la batería con el polo negativo de de la siguiente batería, así sucesivamente. De este modo, lo que logramos es aumentar la tensión final del sistema de acumulación, que sería la suma de las tensiones de la baterías conectadas en serie, y mantenemos la capacidad, que sería la misma que la unitaria de las baterías que estemos usando (considerando siempre que todas las baterías instaladas son del mismo modelo y compradas a la vez porque ocurre que si a una batería vieja la conectamos una nueva en paralelo y se estropean las dos).

Podemos verlo de nuevo con un ejemplo, en este caso, la figura muestra la conexión en serie de de 6 baterías Hoppecke 6 OPZS de 2V y 900Ah (C₁₀₀) cada vaso.

Por lo tanto, el resultado es que tendremos un sistema de acumulación de 12V y 900Ah (C₁₀₀). 

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