Energía solar Fotovoltaica
Elección de baterías para un sistema solar
¿Qué es una batería solar?
La función principal de una batería solar es acumular la energía eléctrica que producen los paneles solares. Esta energía puede ser utilizada en la noche o durante periodos en donde los paneles fotovoltaicos no son capaces de generar la electricidad suficiente. Por otra parte, las baterías permiten mantener una tensión de salida constante a pesar de que las condiciones meteorológicas cambien y alteren por tanto el funcionamiento de los módulos.
Entre las propiedades fundamentales de una batería solar destacan la capacidad de acumulación eléctrica de la batería, medida en amperios-hora (Ah) y la profundidad de la descarga.
Ø La capacidad de acumulación de una batería medida en amperios-hora son el número de amperios que proporciona la batería solar por el número de horas, durante las cuales está aportando corriente de carga. Conocer este parámetro es fundamental antes de realizar la compra de una batería para un sistema solar, ya que en función del mismo sabremos la autonomía que tendrá la instalación en el caso de que la radiación solar sea nula o baja, durante un periodo amplio de tiempo. Existen algunos factores que pueden afectar la capacidad de una batería solar como son la temperatura ambiente o el ritmo de carga-descarga al que se la somete.
Ø La profundidad de descarga es el porcentaje de la capacidad total que la batería utiliza durante un ciclo de carga y descarga. La profundidad de la descarga, puede definir que encontremos baterías de ciclo “poco profundo”, diseñadas para descargas del 10% al 25%; y de ciclo “profundo”, diseñadas para descargas de hasta un 80%. Estas últimas son las baterías más empleadas en sistemas de energia solar para autoconsumo.
Cuanto menos descargas profundas tiene una batería, su durabilidad y vida útil será mayor. En este tipo de baterías de ciclo profundo, se adaptan unos electrodos de aleación de antimonio para su mayor actividad y resistencia, de allí su nombre.
Baterías de uso solar: tipos y características
Como ya hemos comentado, las baterías más utilizadas para sistemas de energía solar fotovoltaica son la de ciclo profundo. Estas baterías se caracterizan por permitir descargas de hasta el 80% de la capacidad de la batería.
Una clasificación de estas baterías se puede realizar atendiendo al formato en el que se encuentran. De este modo, podemos encontrar en el mercado baterías estacionarias que se caracterizan por presentar un elevada profundidad de descarga (60 al 80%) y monoblock en las que la profundidad de descarga es menor (50%).
Sin embargo, las baterías estacionarias tienen una mayor pérdida de carga en periodos de no utilización de las mismas, mientras que las monoblock se mantienen prácticamente constante; por lo que la utilización de baterías monoblock está más indicada en los casos en los que la instalación no se utilice con frecuencia.
En resumen, las baterías estacionarias están indicadas para instalaciones de uso frecuente con una elevada potencia de acumulación mientras que las monoblock se indican en pequeñas instalaciones y de uso esporádico.
Por otro lado, atendiendo a la tecnología que se utiliza en su fabricación, podemos encontrar baterías de ácido abiertas, de ácido cerradas, de gel selladas y AGM selladas.
Las baterías de ácido abiertas presentan la ventaja de poder ser rellenadas con agua destilada. Sin embargo, como desventaja de este tipo de baterías es que necesitan mantenimiento.
Las baterías de ácido selladas no necesitan mantenimiento y su problema radica en la corta vida útil que poseen. Esto se debe a que por su válvula escapa una cierta cantidad de vapor de agua e hidrógeno, y una vez evaporado el electrolito, la batería se seca y se daña.
Las baterías de gel selladas carecen de mantenimiento ya que están protegidas contra la salida de ácido. Sin embargo, no son capaces de aguantar una corriente mayor de lo que su modelo especifica.
La instalación de batería solar de AGM sellada es la que más se efectúa. Esto se debe a sus considerables ventajas como que no necesitan mantenimiento, están protegidas contra la salida de ácido y catalizan hasta el 95% del hidrógeno y oxígeno gasificado logrando una vida útil mucho más extensa. Su única desventaja radica en su alto precio.
Antes de efectuar la instalación de una batería solar, debemos ahondar en cada uno de los modelos y elegir el que más se adapta a nuestras necesidades.
¿Cómo puedo elegir la batería que mejor se adapta a mi sistema solar?
En primer lugar, cuando nos planteamos comprar una batería para un sistema solar autónomo, debemos conocer los consumos diarios que se prevé tener. De este modo, es posible conocer la energía eléctrica necesaria para abastecer la instalación en el caso de que la irradiancia solar sea baja y los paneles fotovoltaicos no aporten energia. Para conocer los consumos podemos utilizar la tabla de cálculo de consumos, donde se hace referencia a los equipos eléctricos que se utilizan en una vivienda, y de los que tendremos que saber su potencia y tiempo de utilización (en la tabla se indican valores de potencia aproximados).
Si conocemos la energia que se utiliza diariamente, es posible dimensionar la batería para almacenar la energia suficiente durante el tiempo de autonomía que queremos que tenga nuestro sistema sin necesidad de aporte solar.
De esta forma, dimensionamos la batería en primer lugar teniendo en cuenta la energia consumida diariamente, los días de autonomía que deseamos tener y la profundidad de descarga. De este modo, haciendo una aproximación, si tenemos un sistema de de 400 W de consumo diario y se pretende tener una autonomía de 2 días, debemos elegir una batería con capacidad de acumulación real de 800 W. Esto es que la capacidad de la batería es de 800 W teniendo en cuenta el porcentaje de descarga de la batería.
En el caso de monoblocks es de 50% mientras que en el de estacionarias se puede considerar 60%; por tanto para una batería monoblock debemos tener 1600 W de capacidad real mientras que en una estacionaria es de 1333 W. La elección de un tipo u otro de batería se puede realizar atendiendo a si el uso es diario o a la potencia de la instalación. En este caso la potencia del sistema es baja por lo que la monoblock sería la más adecuada.
Por otro lado, debemos seleccionar la tensión de trabajo del sistema, ya que esto definirá la capacidad, en amperios-hora, que tendrá nuestra batería. Siguiendo con el caso anterior, si el sistema se configura a 12 V, en la batería monoblock debemos tener una capacidad de acumulación de 133 Ah mientras que la estacionaria es de 111 Ah. Si el sistema se configura a 24 V, entonces necesitamos una batería monoblock con 66 Ah de capacidad mientras que la estacionaria es de 56 Ah.
Respecto al tipo de batería a utilizar en función de su tecnología, debemos atender a los criterios que se han mencionado anteriormente, acerca del mantenimiento y vida de la batería.
Baterías de automóviles:
Las baterías de automóviles, también llamadas baterías convencionales, se suelen utilizar también en algunas instalaciones fotovoltaicas pero es importante señalar que son de menor durabilidad y pueden presentar un desequilibrio en el control de energía del sistema.
Conclusiones:
El tamaño de la batería solar de almacenamiento también depende de la importancia de la confiabilidad del suministro de la potencia. En muchos de los casos, es suficiente un almacenamiento en baterías de 2 o 3 días. Esto significa que la capacidad de la batería debería sr por lo menos 2 o 3 veces el consumo de la energía diaria para poder suplir durante 2 o 3 días sin brillo de sol (días nublados en mayor parte del día o de lluvia).
Por esto es sólo suficiente cuando las baterías funcionan a un 100% de eficiencia y cuando las baterías pudieran descargarse al 100% (en teoría).
Pero en la práctica sabemos que no es así después de diversos ensayos y especificaciones aportadas por los fabricantes de baterías.
Por ejemplo, una batería común de Plomo – ácido, electrolito de la batería formado por 3 partes de ácido sulfúrico (H2SO4) + parte de agua destilada, presenta una eficiencia del 80% dependiendo del tipo de uso que se le de.
Queremos decir con esto que cuando una batería es poco utilizada, la autodescarga (producida por la resistencia interna de la batería), estos ciclos acabarán con la vida útil de la batería reduciendo su eficiencia.
En cambio si se la somete a cargas y descargas de forma regular, su eficiencia será alta.
Habrá que tener en cuenta que las baterías de este tipo no deben descargarse a más de su 50%, porque si así fuera, estaríamos acortando la vida útil de la batería.
Con estos factores a tener en cuenta, deducimos que el tamaño de la batería para el almacenamiento de nuestra energía deseada, aumentará considerablemente.
Veamos un ejemplo:
Para cubrir un período de 3 días sin brillo de sol, se requiere una batería solar de la siguiente capacidad:
Suponemos que la eficiencia es de un 80% y que la descarga sea hasta un 50%, con un consumo eléctrico diario de 5000 watts / día.
Tamaño= (AUT X Ed) / (REND x DESC)
Siendo:
AUT= autonomía de días sin sol radiante
Ed= 2.54 Kwh
REN = Eficiencia de la batería = 80%
DESC= Descarga de la batería = 50%
El tamaño de la batería sería:
Que equivale a 31 baterías de 12V con una capacidad de 100 Ah cada una.
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La energía solar por paneles fotovoltaicos es sin duda la primera alternativa planteada para aquellas personas que viven en zonas aisladas en comarcas del interior donde el tendido eléctrico convencional no llega o los costes superan cualquier idea de proyecto.
