Antes de nada, debemos conocer los tipos de baterías solares que hay actualmente en el mercado y algunas de sus características principales, por ello, a continuación, vamos a explicarlo de una forma muy breve.
Cabe destacar que, aunque casi cualquier tipo de batería es válida, es siempre recomendable utilizar las adecuadas:
- Vasos estacionarios de Plomo de 2V
- Baterías de iones de litio para energía solar.
Baterías de Plomo/Ácido
- Baterías Abiertas: Monoblock, tracción 2V, OPZS 2V.
Este tipo de baterías requieren mantenimiento, son indicadas para salas de baterías y son las más comunes para sistemas aislados comunes, en formato de 2V OPZS.
- Baterías herméticas
- AGM: Placa plana, electrolito absorbido, descargas rápidas.
- GEL: Placa tubular, electrolito gelificado, descargas lentas.
- GEL OPZV 2V
Baterías de Litio LiFePO4
- Con BMS incorporado
- Sin BMS incorporado
Características de las Baterías de Plomo/Ácido
Baterías abiertas
Monoblock Abierta: Todos sus vasos están dentro de un mismo bloque. Estas baterías se utilizan para sistemas aislados muy pequeños y con consumos bajos, ya que su tensión disminuye de forma drástica. Vida útil media: 3 años
Vaso de Tracción PZS: Son elementos de 2V opacos, utilizados para productos de tracción, como elevadores y maquinarias eléctricas. Deben fijarese para evitar que aumente su volumen. Vida útil media: 5 años
Vaso de Semitracción TPZS: Son elementos de 2V translucidos, utilizados para productos de tracción, aunque son válidos para pequeñas instalaciones solares. Deben fijarse para evitar que aumente su volumen. Vida útil media: 7 años.
Vaso estacionario OPZS: Son elementos de 2V transparentes, utilizados y recomendados para instalaciones aisladas. Estos elementos disponen de una carcasa rígida, la cual evita que las descargas afecten a su deterioro, tanto de la propia carcasa, como de la corrosión y el deterioro del polo positivo. Vida útil media: 15 años.
Baterías Herméticas
Monoblock AGM: Todos sus vasos están dentro de un mismo bloque. Estas baterías se utilizan para sistemas aislados muy pequeños y con consumos bajos, en los que no se requiere mantenimiento. Vida útil media: 3 años
Monoblock GEL: Todos sus vasos están dentro de un mismo bloque. Estas baterías se utilizan para sistemas aislados de telecomunicaciones en los que no se requiere mantenimiento. Sus ciclos de vida son menores. Vida útil media: 2 años
Vaso estacionario OPZV: Son elementos de 2V opacos, utilizados y recomendados para instalaciones que requieren de un sistema back-up, en el que las descargas se realizan esporádicamente. Estos elementos disponen de una carcasa rígida, la cual evita que las descargas afecten a su deterioro, tanto de la propia carcasa, como de la corrosión y el deterioro del polo positivo. Vida útil media: 20 años.
Puntos a tener en cuenta
Tiempos de carga y descarga:
Es importante tener en cuenta, que a mayor corriente en menor tiempo, menor capacidad de batería tendremos.
Es por eso, que debemos tener en cuenta los consumos para calcular dicha descarga:
Gráfica de descarga DOD:
Como podemos apreciar, a mayor corriente de carga en menor tiempo, antes alcanzamos la descarga total de la batería.
Esto se debe, a la caída de tensión producida por la demanda de energía.
En las batería, encontramos la capacidad de la misma en función de las horas de descarga:
- C10 (capacidad en 10 horas)
- C20 (capacidad en 20 horas)
- C100 (capacidad en 100 horas)
- C120 (capacidad en 120 horas)
Unidades básicas:
Hay que tener en cuenta las unidades que nos facilita el fabricante a la hora de la elección y configuración del sistema, para que la batería funcione correctamente:
- Tensión nominal del elemento: 2V
- Tensión mínima: 1,65V – 1,85V
- Tensión de flotación: 2,23V – 2,27V
- Tensión de igualación o de gaseo: 2,40V
- Capacidad: Ah – W@15 min 10h, 20h, 100h, 120h
- Densidad del ácido: 1,240 @ 20ºC
- Resistencia interna: m Ohmios
- Corriente de carga: A 0,1C, 0,2C…
Influencia de la temperatura:
Este factor es de alta consideración en una instalación aislada, pues en muchas ocasiones, el alojamiento de las baterías sufre de altas temperaturas, algo que puede afectar tanto a estas como al resto de equipos del sistema:
Instalación y mantenimiento:
Es primordial realizar una correcta instalación de las baterías, además de un mantenimiento adecuado. Para ello tenemos que tener en cuenta los siguiente:
- Terminales protegidos (uniones entre baterías, polos, bornes finales…)
- Limpieza de los vasos en caso de suciedad
- Instalar en zona ventilada y limpia.
- Par de apriete según fabricante
- Configuración del cargador con las tensiones de carga recomendadas así como la corriente.
- Precauciones en la instalación:
- Fuego
- Chispas
- Temperaturas altas
- Problemas de electrónica
Baterías de litio
Partes de una batería de litio
- BMS – Battery Managemente System
Su función es proteger la batería de:
- Bajo voltaje
- Sobre Carga
- Ecualización y balanceo del voltaje en cada celda
- Comunicación con inversores
- Células de litio
Son celdas frecuentemente cilíndricas
- Voltaje de 3,2V por celda
- Se apilan 4 celdas para formar un sistema de 12V
- 5Ah por cada 4 celdas.
- Carcasa
- El recipiente donde se incluyen las celdas de litio.
Tipos de baterías de litio:
- BMS Interno
El sistema BMS se incluye en el encapsulado de la batería. Estas baterías se suelen utilizar para equipos aislados, ya que permiten la ampliación del sistema de forma sencilla, además de ser más económicas.
Suelen trabajar en tensiones bajas (24V y 48V)
- BMS Externo
El sistema BMS es externo a los módulos de baterías. Esto permite la ampliación de los equipos, solo añadiendo la parte de batería, permitiendo intercambiar el BMS en función de los equipos a los que vaya conectados.
Suelen utilizarse en sistemas de autoconsumo con baterías. Habitualmente, su tensión es elevada, por encima de los 200V.
Instalación y mantenimiento de las baterías de litio
Es primordial realizar una correcta instalación de las baterías, así como de la configuración de todos los elementos de potencia:
- Conexión correcta de todos los cables de potencia.
- Utilización de secciones adecuadas en función de la capacidad total y demanda de energía.
- Instalar en zona ventilada y limpia.
- Configuración de tensiones y corrientes de carga según fabricante.
- Comunicación con los equipos (inversores y controladores de carga)
- Acuerdos de protocolos de comunicación entre fabricantes
- Respaldo de marcas
- Cumplimiento de requisitos
Configuración eléctrica
En un sistema aislado, podemos encontrar los siguientes tipos de configuraciones:
- Sistemas de 12 V:
- Utilizado para instalaciones de pequeña potencia y consumo.
- Sistemas poco eficientes.
- Sistemas de 24 V:
- Utilizado para instalaciones residenciales.
- Consumos medios.
- Sistemas de 48 V:
- Utilizado para instalaciones de gran demanda de energía.
- Grandes consumos.
Sistemas de 12 V:
Para configurar un sistema a 12V, solemos utilizar baterías de Plomo/Ácido como acumulación, debido a sus costes bajos y fácil sustitución y configuración.
Para ello, tenemos varias opciones:
- Baterías MonoBlock 12V (1 unidad)
– No poner en paralelo
– Consumos pequeños (poca corriente)
- Elementos Estacionarios 2V (6 unidades en serie)
Sistemas de 24 V:
Para configurar un sistema a 24V, solemos instalar varios elementos en serie de menor voltaje. Habitualmente, 12 elementos de 2V. Para ello, tenemos varias opciones:
- Baterías MonoBlock 12V (2 unidades en serie)
– No poner en paralelo
– Consumos pequeños (poca corriente)
- Elementos Estacionarios 2V (12 unidades en serie)
Sistemas de 48 V:
Para configurar un sistema a 48V, se utilizan 24 elementos de 2V, principalmente OPZS, o bien, varias baterías de Litio en paralelo. Además, para instalaciones muy grandes, si podemos instalar varios bancos de 24 elementos en paralelo, teniendo la precaución de proteger y diferenciar cada uno de ello.
Tenemos varias opciones:
- Elementos Estacionarios 2V (24 unidades en serie)
- Baterías de Litio 48V (conexión en paralelo)
Estudio de consumos
Para poder dimensionar de forma correcta las baterías para una instalación aislada, debemos tener muy en cuenta los consumos reales de la instalación. A continuación, mostramos un ejemplo de consumo:
Vivienda Aislada para uso diario:
- Frigorífico Bajo consumo: 1ud x 120W x 7h -> 840Wh/día
- Microondas: 1ud x 800W x 0,1h -> 80Wh/día
- Televisión: 1ud x 85W x 5h -> 425Wh/día
- Iluminación general: 6ud x 10W x 6h -> 360Wh/día
- Bomba Presión: 1ud x 750W x 1h -> 750Wh/día
- Lavadora uso en frio: 1ud x 550W x 1h -> 550Wh/día
TOTAL CONSUMO DIARIO: 3.005Wh/día
Teniendo en cuenta el consumo diario, debemos saber la autonomía deseada. En este caso, vamos a contemplar 2 días de autonomía en los que no tengamos producción solar
TOTAL CONSUMO DIARIO: Wd = 3.005Wh/día
DÍAS DE AUTONOMÍA: A = 2 DÍAS
TOTAL ENERGÍA NECESARIA: 3.005Wh/día x 2 días – Wt = 6.010Wh
Elección de la batería:
Baterías de plomo:
Además del consumo total que debemos afrontar, debemos tener en cuenta la corriente de carga que tenemos en el sistema y la eficiencia de los cargadores solares.
Total energía necesaria: Wt = 6.010Wh
Tensión del sistema: 24V = Qd = Wd = 3005Wh / 24V = 125,21Ah/día
Pd = % de descarga de la batería (Máximo 50% de descarga para baterías de plomo/ácido.)
Ninv = Eficiencia Inversor
Nrb = Eficiencia cargador solar
Hemos obtenido un resultado de 441,74Ah C100 para un sistema en 24V. Por tanto, revisando los modelos disponibles de baterías OPZS:
Vista la tabla de modelos, elegimos 12 elementos del modelo 6 OPZS, con capacidad de 460Ah C100.
Estos 12 elementos, debemos conectarlos en serie, para obtener los 24V del sistema.
Baterías de litio:
Además del consumo total que debemos afrontar, debemos tener en cuenta la corriente de carga que tenemos en el sistema y la eficiencia de los cargadores solares.
Total energía necesaria: Wt = 6.010Wh
Tensión del sistema: 48V = Qd = Wd = 3005Wh / 48V = 62,60Ah/día
Pd = % de descarga de la batería (Máximo 90% de descarga para baterías de litio.)
FÓRMULA PARA CALCULAR CAPACIDAD
Ninv = Eficiencia Inversor
Nrb = Eficiencia cargador solar
Hemos obtenido un resultado de 141,95Ah C1 para un sistema en 48V. Por tanto, revisando los modelos de ejemplo disponibles de baterías de Litio:
Dyness 2,4kWh C1 48V -> 2400Wh / 48V = 50Ah
Dyness 3,6kWh C1 48V -> 3600Wh / 48V = 75Ah
Visto la tabla de modelos, elegimos 2 elementos del modelo Dyness 3,6kWh (150Ah)
Estos 2 elementos, debemos conectarlos en paralelo.
Esta ha sido, de un modo general, la explicación de cómo calcular la cantidad de baterías que necesitas para una instalación aislada.
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