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Baterías

Las baterías son el componente clave en un sistema fotovoltaico conectado a la red, independiente o bien para sistemas de respaldo. Sin el correcto mantenimiento las baterías pueden caducar antes de su vida útil esperada y el sistema colapsaría por completo. Tampoco es necesario obsesionarse con el uso de voltímetro, hidrómetro o agua destilada cada día para dar mantenimiento. Simplemente una vez al mes que se revisen y apliquen los procedimientos de mantenimiento, las baterías podrán durar un largo tiempo. Por otro lado, descuidando las baterías puede drásticamente acortar su vida útil. En la siguiente información, usted conocerá como obtener el mayor rendimiento de su banco de baterías. La mayoría de la información es basada en las baterías de plomo – ácido, pero también conozca que existen baterías alcalinas, y de gel sellada con características de carga completamente diferentes.

Plomo – ácido.

Estas baterías han sido las de mayor uso sistemas fotovoltaicos y aún son las más usadas en la mayoría de sistemas independientes. Ellas tienen el menor costo por AH de cualquiera de las demás categorías.  Pero para poder disfrutar de su correcto funcionamiento, ellas requieren de mantenimiento regular en forma de riego de agua, ecualización de carga  y limpieza de sus terminales. Algunos ejemplos de baterías de plomo – ácido son: 12VDC marinas, 6 VDC para carros de golf, 6VDC en L – 16 y 2 VDC de celdas industriales para sistemas a gran escala.

Imagine que las baterías son como tanques de agua.

Las baterías son simplemente como vasijas que almacenan agua. Recuerde que la electricidad posee características similares al agua. El voltaje es como la presión y el amperio es el caudal. El tamaño del tanque determina cuanta agua se puede almacenar, el tamaño de la batería nos dice cuanta energía almacenar en AH. Baterías más grandes y pesadas almacenan más energía.

Si se instala un grifo en la parte baja del tanque y lo abre, notará que la presión con la que el agua sale es mayor cuando el nivel de ésta en el tanque está casi al tope. Lo mismo ocurre con las baterías, cuanto más amperaje se le se le pone, mayor es su voltaje.

En el léxico de baterías, un ciclo en el banco de baterías ocurre cuando usted descarga su batería y después recargarla al nivel inicial. Una batería de Plomo – Acido está diseñada para absorber y entregar energía por reacción electroquímica reversible.

Al nivel que se descarga una batería se le denomina profundidad de descarga mientras que el estado de carga es el 100% menos de profundidad de descarga. Esto quiere decir que un 20% de profundidad de descarga es igual a 80% de estado de carga. Un ciclo poco profundo es cuando el 20% o menos de la batería de la energía es descargada y luego recargada.

Las baterías para aplicaciones automotrices son de baja profundidad de descarga y no son  recomendadas para usarse en un sistema fotovoltaico. Las placas de plomo dentro de estas baterías son muy finas y de mayor área. Este diseño permite lograr grandes cantidades de corriente en menor tiempo, lo ideal para arrancar motores. Sin embargo, estas no pueden descargarse muy profundamente sin dañar su vida útil.

Por otra parte, las baterías de ciclo profundo pueden constantemente descargarse 80% y recargarse sin dañarse. No obstante, entre mayor frecuencia de ciclado se da en la batería, más se reduce su vida útil tal como las baterías automotrices. Las baterías de ciclo profundo tienen placas de Plomo – Acido más gruesas y con menos área de cobertura dentro de la batería. A causa de menor área, produce menos corriente que una batería automotriz, pero produce esa proporción de corriente por mayor tiempo.

Determinar la vida útil de una batería de ciclo profundo depende bastante de la profundidad de descarga. Inclusive baterías diseñadas para ciclo profundo son consumidas más rápido a medida que la profundidad de descarga se incrementa. La mejor práctica para un sistema es diseñar baterías con baterías de ciclo profundo hasta que la profundidad de descarga promedio por día se aminore a la de las baterías automotrices. Para obtener el mayor rendimiento en vida útil para su banco de baterías, invierta en baterías de ciclo profundo y aplíqueles una descarga poco profunda. En algunos casos, se recomienda máximo 50%. Esto lógicamente depende de su disponibilidad económica.

La variabilidad con el clima.

La rapidez de la carga y descarga de una batería de ciclo profundo se rige por la temperatura y la corriente de carga/descarga. A menores temperaturas, la reacción química es más lenta y a mayor temperatura, más rápida la reacción. Así, una batería a helada temperatura liberará menos corriente en cualquier situación comparada con una batería a cálida temperatura. Eso lo sabemos porque típicamente en las mañanas arrancar un auto es más difícil por la baja temperatura.

Comparación a corto plazo de la energía disponible de una batería de ciclo profundo a plena carga con varias temperaturas.

La temperatura óptima de operación de las baterías es a 25ºC aunque un rango de 15ºC a 26ºC es aceptable. Por esta razón es conveniente guarecer las baterías en un cálido y ventilado espacio para mantener ese rango de temperatura. Lamentablemente, si las condiciones no son idóneas, por ejemplo en climas no cálidos, el banco de baterías debe diseñarse de mayor tamaño para compensar la reducción.

Por otro lado, altas temperaturas, por encima de los 43ºC pueden drásticamente acortar la vida de las baterías y no deben ser expuestas en estas condiciones.

Pérdidas de energía en las baterías.

La energía que las baterías almacenan no se consume en un 100%. En caso de baterías nuevas puede alcanzar como máximo 90%. Esto quiere decir que para consumir 110WH de energía en la batería, primero se deben almacenar alrededor de 110WH de energía.

Debido a las impurezas de los químicos usados en la construcción de las baterías, ellas perderán energía. Una reacción interna sucede se use la batería o no. Esta descarga lenta es denominada auto descarga y su ritmo cambia dependiendo del tipo de batería y la temperatura.

La tasa de auto descarga también incrementa con la edad tan rápido que una batería vieja podría necesitar cantidades significantes de carga sólo para mantenerse a nivel. Incluso  las baterías nuevas pierden de 1 a 2 % de carga por día.

Nivel de carga.

El nivel de carga de la batería se determina leyendo el voltaje en estática (sin carga o descarga) o mejor la gravedad específica del electrolito. La densidad o gravedad específica del ácido sulfúrico (H2SO4) de una batería de plomo – acido cambia con el nivel de carga y temperatura. La densidad es baja cuando la batería está descargada y mayor cuando las celdas están cargadas. Esto se debe a que el electrolito es parte de la reacción química que cambia cuando esta tiene lugar. La gravedad específica se lee con un hidrómetro el cual revelará el nivel exacto de carga. Un hidrómetro no puede usarse en baterías selladas de gel.

Un voltímetro se usa para conocer aproximadamente el nivel de carga de las baterías. Son baratos y fáciles de usar. El principal problema de depender de los voltímetros es la alta variación del voltaje de la batería a través de todo su día de uso. El voltaje de la batería es muy sensible durante su carga y descarga. Usualmente las baterías se cargan y descargan simultáneamente. A medida que la batería se carga, el voltaje se incrementa y a medida que se descarga, su voltaje disminuye.

Estas variaciones hacen difícil rastrear el voltaje real de la batería. Existen voltímetros muy precisos que se pueden usar con éxito. La subida y bajada de voltaje, una vez que se registra por experiencia puede también  ayudar a indicar la cantidad de carga o descarga que se lleva a cabo.

Monitoreo.

Monitorear las baterías es la mayor responsabilidad del usuario. El voltaje de la batería debe mantenerse por encima del 50% del nivel de carga todo el tiempo para maximizar la durabilidad de la batería. Asegúrese de que el nivel de electrolito esté al nivel marcado y que las placas de plomo queden inundadas. Use exclusivamente agua destilada y no de grifo. El agua es el único elemento en adicionar a la batería, no vierta más ácido en la batería. No rellene de agua destilada la batería cuando esta está descargada. Eso causa que el electrolito se diluya y será expulsado en la gasificación cuando se carga.

Gasificación en las baterías.

A medida que las baterías se cargan, se forman burbujas de gases producida cuando la reacción química no puede mantener la energía que es introducida. La gasificación a veces es necesaria en baterías abiertas. La cantidad y duración de la gasificación varía dependiendo del tipo de batería. La gasificación mezcla el electrolito y compensa la tendencia del electrolito a volverse más  denso en el fondo de la batería. La gasificación es el producto de la separación de las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno. Esto consume agua y crea la necesidad de que la batería debe ser rellenada periódicamente.

Ecualización.

Es un proceso de sobre carga controlado, en una batería completamente cargada. Esta sobre carga mezcla el electrolito, inclusive la carga entre celdas de características variables y reduce la sulfatación permanente de las placas de plomo. Es energía colocada para alargar la vida útil del sistema.

Aunque en un banco de baterías de un sistema FV, estas reciben un buen ciclaje y gasificación en actividad normal, la ecualización es un buen complemento para esta actividad y como norma debe realizarse cada dos o tres meses. Este proceso consume más agua y produce más gases, de manera que debe realizarse en un ambiente ventilado. La ecualización eleva el voltaje por encima de lo calificado, hasta 15VDC en sistema de 12VDC y 30VDC en sistemas de 24VDC así que debe desconectar cualquier carga al ecualizar baterías.

Corrosión.