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Baterías para placas solares – Características

En el presente artículo vamos a dar continuación del anterior artículo sobre las características básicas y funcionamiento de las baterías para instalaciones solares. En esta ocasión hablaremos de rendimientos y posibles aspectos adversos en las baterías solares.

Rendimiento de una batería para placas solares

El rendimiento de una batería para placas solares es la relación entre la cantidad de energía que puede suministrar una batería y la cantidad de energía necesaria que hay que reintegrar a esta para alcanzar su estado inicial.

El rendimiento siempre se debe referir a unas condiciones específicas de temperatura, densidad de corriente y voltaje final.

El rendimiento de una batería para instalaciones solares se puede expresar como:

Rendimiento Faradaico

El rendimiento faradaico es la relación entre la carga extraída (en Ah) de la batería durante la descarga y la carga total (en Ah) requerida para restablecer el estado inicial de carga. El rendimiento faradaico durante una carga a corriente constante se puede diferenciar en tres zonas:

Eficiente (0%)

Mixta (75%)

Ineficiente (50%-90%).- Cuando el estado de carga alcanza el 90%, el rendimiento va disminuyendo progresivamente, hasta que al llegar al 100% del estado de carga el rendimiento se hace 0 ya que en este punto toda la corriente que llega a la batería se emplea en la hidrólisis del agua.

Rendimiento Energético

El rendimiento energético es la relación entre la energía extraída (en Wh) de la batería durante la descarga y la energía total requerida para reestablecer el estado inicial de carga.

El rendimiento energético depende de la diferencia de voltaje entre la carga (mayor) y la descarga (menor). El rendimiento energético es siempre menor que el rendimiento faradaico.

Efecto de la temperatura en las baterías para instalaciones solares

Cuanto mayor sea la temperatura de operación menor será el tiempo de vida de la batería. Como regla general, cada incremento de 10ºC en la temperatura de operación la vida de la batería se reduce a la mitad. Se recomienda un rango de temperatura de operación entre 20-25ºC.

A bajas temperaturas se produce un aumento de la resistencia interna y una disminución del voltaje de salida. Con altas temperaturas se produce un aumento de la eficiencia total y reducción drástica de la vida útil de la batería.

Podemos verlo en la siguiente tabla y en los gráficos:

Tabla de rendimiento de baterías con temperatura

Variación tensión batería con temperatura

Variación capacidad batería con la temperatura

 

 

Mecanismos de degradación en baterías para placas solares

Los principales mecanismos de degradación que afectan a las baterías solares son:

 

Corrosión externa de los materiales:

Se suele observar en ambientes agresivos (suciedad). Produce un aumento de la resistencia óhmica en las partes metálicas de la batería (conectores, terminales, etc.) que puede llegar a producir puntos calientes localizados. Esto hace que la corriente no se distribuya bien entre todos los vasos de la batería.

Estratificación:

Cuando la batería permanece largos periodos sin ciclar o en estados parciales de carga, el ácido sulfúrico de la disolución tiende a ir hacia el fondo del vaso produciéndose un gradiente de concentración en el volumen del electrolito. Como la densidad del electrolito no es homogénea, las reacciones no se producen de igual forma en todo el área de las placas. E

n casos extremos puede ocurrir que durante la carga, en un idéntico momento, la zona superior de la placa esté prácticamente descargada y la zona inferior esté en sobrecarga.

La estratificación se puede reducir notablemente haciendo que la batería entre periódicamente en estado de gaseo lo que permitirá una homogeneización del electrolito alternativamente se puede utilizar un sistema de circulación del electrolito que no produzca burbujas (por ejemplo, inyectando aire comprimido).

Corrosión interna de las rejillas:

Es la degradación de las placas de la batería durante la sobrecarga, siendo más acusada en la zona inferior de las placas debido a la estratificación. Los productos de las reacciones de corrosión forman depósitos en el fondo de los vasos. La corrosión de las placas produce pérdida irreversible de la capacidad.

Excesivo gaseo (Sobrecarga)

El excesivo gaseo produce principalmente pérdidas de electrolito y la corrosión de la placa positiva. Este efecto se traduce en pérdida de capacidad, ya que el nivel de electrolito puede quedar por debajo del de las placas impidiendo la reacción del material activo.

Sulfatación de las baterías:

La sulfatación aparece cuando la batería está operando en estados parciales de carga durante largos periodos. En esa condición los finos y solubles cristales de SO4Pb pueden transformarse en grandes cristales insolubles inactivos para reaccionar. Estos cristales insolubles suelen aparecer alrededor de los terminales externos de la batería (principalmente en el positivo en forma de depósitos azul-verdoso).

Produce pérdidas permanentes de capacidad.

Depósitos de materia activa:

Cuando la batería está operando en bajos estados de carga durante largos períodos o está operando en ciclos de descarga muy profundos, la materia activa pierde adherencia y se desprende de las placas. Además un gaseo muy violento puede producir un desprendimiento de materia activa de las placas.

En todos los casos la materia activa desprendida tiende a depositarse en el fondo de los vasos produciéndose una pérdida irreversible de la capacidad. Estos depósitos tienen un color metálico brillante. En casos extremos el deposito en el fondo del vaso puede ser tan grande que produzca un cortocircuito entre placas causando la muerte de la batería.

Teniendo en cuenta todo lo expuesto, siempre es fundamental elegir baterías para placas solares de alta calidad, de lo contrario, la rentabilidad y durabilidad de un proyecto fotovoltaico está condenado al fracaso.

Artículo elaborado por el departamento técnico de SunFields Europe: www.sfe-solar.com