Baterías para paneles solares: revisión de tipos de baterías adecuadas y sus características

Los sistemas de energía alternativa se utilizan cada vez más para suministrar electricidad a los hogares. Dado que los modos de generación y consumo de electricidad difieren, es necesario garantizar su almacenamiento para su posterior liberación. ¿Está de acuerdo?

Para utilizar la energía en el período de tiempo que el propietario necesite, en el circuito se incluyen baterías para paneles solares. Le explicaremos cómo seleccionar correctamente los dispositivos diseñados para funcionar en ciclos de carga y descarga. Nuestras recomendaciones le ayudarán a elegir el modelo óptimo.

Baterías en el sistema de energía solar doméstica

Comprender las formas y los matices del uso de baterías al suministrar electricidad a un objeto desde paneles solares permitirá realizar la selección correcta de los dispositivos y garantizará la máxima eficiencia del sistema.

Para realizar una compra informada, es necesario comprender a fondo los métodos de creación de un conjunto (bloque) de baterías y las reglas para calcular las características principales.

Método de agrupación de dispositivos en un solo conjunto

Los objetos residenciales e industriales consumen una carga eléctrica que supera la capacidad de una sola batería. En el caso de que el sistema de energía solar esté diseñado para una gran cantidad de aparatos eléctricos, es necesario crear un conjunto de baterías siguiendo el ejemplo de una combinación similar de paneles solares.

La conexión de las baterías en una matriz única de almacenamiento de energía eléctrica se puede realizar de manera paralela, en serie o mixta. La elección depende de los valores de salida necesarios de potencia y voltaje.

Dependiendo del método de conexión de las baterías entre sí, se pueden obtener diferentes valores de voltaje de salida, sin embargo, no se deben crear esquemas muy complejos para evitar la formación de corrientes de compensación entre los dispositivos en la matriz.

Las baterías se colocan en una casa u otra estructura para garantizar una temperatura ambiente en el rango de 10 a 25 grados Celsius sobre cero y evitar que entre agua en contacto con ellas. Esto prolonga significativamente la vida útil de los dispositivos y reduce las pérdidas de energía eléctrica.

Las tecnologías modernas de fabricación de baterías destinadas a la colocación en edificios residenciales contemplan medidas elevadas de seguridad ecológica. Por lo tanto, no es necesario tomar medidas especiales de ventilación intensiva en la habitación. Sin embargo, no se deben colocar en habitaciones residenciales.

Dado que las baterías tienen un peso significativo (un dispositivo de 12 voltios y 200 Ah pesa unos 70 kg), deben colocarse en el suelo o en estantes resistentes y firmemente fijados.

Es necesario evitar la posibilidad de que las baterías caigan desde una altura, ya que en ese caso se dañarán, y los sistemas con electrolito líquido son además peligrosos para la salud humana si se despresurizan.

Con el aumento de la longitud del cable de alimentación, aumenta la resistencia eléctrica, lo que conduce a una disminución de la eficiencia del sistema. Por lo tanto, se practica colocar las baterías muy cerca unas de otras para minimizar la longitud total de los cables.

El estante para baterías debe soportar un gran peso. Así, un bloque de ocho baterías de 200 Ah pesa más de media tonelada.

Características del funcionamiento del sistema

En la conexión en paralelo y combinada serie-paralelo de las baterías en una matriz única, es posible un desequilibrio de los dispositivos en el nivel de carga. Esto lleva a que el dispositivo funcionará no en ciclo completo, y por lo tanto, su vida útil se agotará más rápido.

El sistema de obtención de energía eléctrica del sol siempre está equipado con un controlador que gestiona la carga de la batería. En caso de crear un conjunto de baterías, además es necesaria la instalación de puentes de igualación de carga.

Para evitar problemas de carga y descarga desigual de las baterías combinadas en un solo conjunto, es necesario utilizar dispositivos del mismo modelo, y mejor aún, del mismo lote. Esta regla no solo se aplica a los sistemas de energía solar.

Actualmente, casi cualquier vivienda puede equiparse con electrodomésticos que funcionan con una red de 12 o 24 Voltios, incluidos refrigeradores, televisores, etc. Sin embargo, tender el cableado con este voltaje por toda la casa no tiene sentido, ya que la potencia de la corriente será muy elevada.

Por lo tanto, al implementar esta idea, se necesita un cable costoso con una gran sección transversal de los conductores y las pérdidas por resistencia eléctrica serán considerables.

Prácticamente para todos los electrodomésticos existen modelos que funcionan con una red de 12 voltios de corriente continua. Si el tendido del cable eléctrico no es demasiado largo, se puede utilizar un sistema de bajo voltaje.

Por lo tanto, cerca de las baterías se instala un inversor, un dispositivo para convertir la tensión eléctrica.

Además, el voltaje real de salida del bloque de baterías puede diferir ligeramente del declarado. Así, las baterías de gel populares para su uso en esquemas con paneles solares, cuando están completamente cargadas, proporcionan un voltaje de 13-13,5 voltios, por lo que el inversor funciona como estabilizador.

Cálculo de la capacidad necesaria de las baterías

La capacidad de las baterías se calcula en función del período previsto de funcionamiento autónomo sin recarga y de la potencia total de consumo de los electrodomésticos.

La potencia media de un electrodoméstico en un intervalo de tiempo se puede calcular de la siguiente manera:

P = P₁ * (T₁ / T₂),

Donde:

• P₁ – potencia nominal del electrodoméstico;
• T₁ – tiempo de funcionamiento del electrodoméstico;
• T₂ – tiempo total de cálculo.

Prácticamente en todo el territorio de Rusia existen períodos prolongados en los que los paneles solares no funcionarán debido al mal tiempo.

Instalar grandes conjuntos de baterías para que estén completamente cargados solo unas pocas veces al año no es rentable. Por lo tanto, la elección del intervalo de tiempo durante el cual los dispositivos funcionarán solo en descarga debe basarse en un valor estadístico promedio.

La cantidad de energía generada por los paneles solares depende de la densidad de las nubes. Si el tiempo nublado no es raro en la región, entonces la falta de potencia de entrada debe tenerse en cuenta al calcular el volumen del bloque de baterías.

Si se planea utilizar la energía acumulada durante el día, por ejemplo, en la calefacción con paneles solares, entonces es mejor tomar como cálculo un intervalo un poco mayor, como 30 horas.

En caso de un período prolongado sin posibilidad de usar paneles solares, es necesario aplicar otro sistema de obtención de energía eléctrica, basado, por ejemplo, en un generador diésel o de gas.

Una batería cargada al 100% puede, hasta su descarga completa, proporcionar una potencia que se puede calcular con la fórmula:

P = U x I

Donde:

• U – voltaje;
• I – corriente.

Así, una batería con parámetros de voltaje de 12 voltios y corriente de 200 amperios puede generar 2400 vatios (2,4 kW). Para calcular la potencia total de varias baterías, es necesario sumar los valores obtenidos para cada una de ellas.

Hay baterías a la venta con un alto índice de potencia, pero son caras. A veces es mucho más barato adquirir varios dispositivos comunes en un conjunto con cables de conexión.

El resultado obtenido debe multiplicarse por varios coeficientes reductores:

• Eficiencia del inversor. Con una correcta concordancia de voltaje y potencia en la entrada del inversor, se alcanzará un valor máximo de 0,92 a 0,96.
• Eficiencia de los cables de potencia. Es necesario minimizar la longitud de los cables que conectan las baterías y la distancia al inversor para reducir la resistencia eléctrica. En la práctica, el valor del indicador es de 0,98 a 0,99.
• Descarga mínima permitida de las baterías. Para cualquier batería existe un límite inferior de carga, al superarlo, la vida útil del dispositivo se reduce significativamente. Normalmente, los controladores establecen un valor mínimo de carga del 15%, por lo tanto, el coeficiente es de aproximadamente 0,85.
• Pérdida máxima de capacidad permitida antes del reemplazo de las baterías. Con el tiempo, los dispositivos envejecen, aumentando su resistencia interna, lo que lleva a una disminución irreversible de su capacidad. No es rentable usar dispositivos con una capacidad residual inferior al 70%, por lo tanto, el valor del indicador debe tomarse como 0,7.

Contrariamente a la creencia popular, la eficiencia de la batería – la relación entre la energía recibida y la entregada – no debe incluirse en el cálculo. El indicador de capacidad de la batería especificado en la documentación técnica tiene en cuenta el posible volumen de entrega.

En resumen, el valor del coeficiente integral al calcular la capacidad necesaria para baterías nuevas será aproximadamente de 0,8, y para las viejas, antes de su descarte, de 0,55.

Para suministrar energía eléctrica a la casa con una duración del ciclo de carga-descarga de 1 día, se necesitarán 12 baterías. Cuando un bloque de 6 dispositivos esté trabajando en descarga, el segundo bloque estará cargándose.

Corrientes máximas admisibles

Para cada batería, en la documentación técnica se especifica la corriente de carga máxima permitida. Superar este valor provoca el sobrecalentamiento del dispositivo y una reducción abrupta e irreversible de su rendimiento.

Por lo tanto, al elegir baterías para el montaje de sistemas con batería, es necesario asegurarse de que puedan suministrar el consumo de la electricidad generada por los paneles solares.

Otro indicador importante es la corriente de descarga permitida:

• Corriente de descarga nominal, para la cual (o un valor menor) está diseñada la batería. El funcionamiento de todos los equipos eléctricos conectados al sistema debe ser respaldado por este indicador.
• Corriente de descarga máxima que el dispositivo puede proporcionar brevemente durante picos de carga. Dichas cargas pueden ocurrir al encender ciertos equipos, como los que contienen compresores de refrigerador o aire acondicionado.

Superar de forma prolongada el primer indicador o de forma breve el segundo provoca un desgaste prematuro de la batería. Con el envejecimiento de los dispositivos, estos indicadores se reducen entre un 20-30%, lo que también debe tenerse en cuenta.

Características del dispositivo y parámetros principales

Las baterías de automóvil no están diseñadas para trabajar con un gran número de ciclos de carga y descarga. Para la energía alternativa y de respaldo se utilizan dispositivos de otro tipo. Dado que su costo es elevado, es necesario estudiar detenidamente todos los parámetros antes de la compra.

Los modos de funcionamiento de la batería en un automóvil y en un sistema de energía alternativa son tan diferentes que su propósito se indica incluso en el propio dispositivo.

Tipos utilizados para la energía alternativa

Prácticamente todas las baterías utilizadas en energía alternativa e instaladas en edificios son del tipo sin mantenimiento. El usuario no tiene la posibilidad de realizar operaciones físicas que afecten su estructura.

Esto se hace para minimizar el riesgo de impacto físico o químico de las baterías sobre las personas, el aire y los objetos circundantes. Por lo tanto, no es necesario estudiar en detalle la estructura y los matices fisicoquímicos del funcionamiento de las baterías de diferentes tipos. Se debe prestar mayor atención a las diferencias en las principales características técnicas de los dispositivos.

Las baterías OPzS están fabricadas de manera similar a los dispositivos de plomo-ácido más simples. El cambio en la forma de la placa positiva permite proporcionar un número significativamente mayor de ciclos de carga y descarga que en las baterías de automóvil.

La desventaja es la presencia de electrolito líquido, lo que puede ser peligroso en caso de despresurización. Nicho de precio medio.

Las baterías alcalinas (de níquel) se utilizan raramente debido a su insensibilidad a las corrientes pequeñas durante la carga y la necesidad de completar el ciclo completo desde el estado cargado hasta el descargado. De lo contrario, se producirá una reducción de la capacidad de la batería.

Además, estos dispositivos tienen mayor peso y tamaño en comparación con competidores de la misma capacidad. Son peligrosos si se despresurizan. Nicho de bajo precio.

La despresurización de la batería es posible debido a un defecto interno, una potencia excesiva de la corriente de carga, una caída desde una altura o el funcionamiento en condiciones inadecuadas. Los mayores problemas los causarán los dispositivos que contienen líquidos peligrosos al evaporarse.

En las baterías AGM, el electrolito se encuentra en estado ligado dentro de una estructura de fibra de vidrio. Se pueden cargar con corrientes bajas. Son prácticamente seguras y ocupan un nicho de precio medio entre los competidores.

En las baterías GE (de gel), se añade óxido de silicio al electrolito, por lo que este se encuentra en estado de gel. Los dispositivos poseen un alto grado de seguridad y buenas características. Nicho de precio alto.

Las baterías para energías alternativas no se venden en tiendas de automóviles. Se pueden adquirir en empresas de venta de paneles solares, instalaciones eólicas o a través de internet.

Las baterías basadas en litio (por ejemplo, los modelos de fosfato de hierro y litio) poseen muy buenas características, son compactas, tienen un peso significativamente menor y son prácticamente seguras. Sin embargo, su costo es considerablemente más alto que el de los tipos competidores de dispositivos, incluso las de gel.

Desde la perspectiva de la relación precio-características técnicas, el tipo de baterías de gel y litio es el más atractivo. Pero la inversión inicial única en ellos es muy alta, por lo que los dispositivos de otros tipos también están ampliamente extendidos en el mercado de baterías para energías alternativas.

En el mercado nacional tienen alta demanda las baterías de las siguientes marcas:

Las baterías presentadas se caracterizan por excelentes características de rendimiento y un precio asequible.

Selección del modelo de batería

Los parámetros principales de las baterías acumuladoras para energía solar a los que se debe prestar atención al comprar son los siguientes:

• tensión y capacidad, que determinan la potencia de la batería;
• profundidad de descarga máxima segura, cuyo cumplimiento permite el funcionamiento de la batería durante los plazos declarados por el fabricante;
• número garantizado de ciclos de carga y descarga cuando se cumplen todas las condiciones técnicas;
• valor de autodescarga, que caracteriza la intensidad de la pérdida de energía eléctrica en una batería cargada en reposo;
• corriente máxima de carga, que determina la cantidad de energía eléctrica por unidad de tiempo que la batería puede aceptar sin perjudicar el funcionamiento posterior;
• corriente de descarga nominal, que determina la cantidad de energía eléctrica por unidad de tiempo que la batería puede entregar de forma continua sin perjudicar el funcionamiento posterior;
• corriente máxima de descarga, que determina la cantidad de energía eléctrica por unidad de tiempo que la batería puede entregar brevemente sin perjudicar el funcionamiento posterior;
• temperatura óptima para el funcionamiento del dispositivo;
• tamaño y peso de la batería, cuyo conocimiento es necesario para elegir el lugar de colocación y el método de instalación.

Todos estos parámetros están descritos en la documentación técnica, que se publica en formato electrónico en los sitios web de todos los principales fabricantes.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Resumen de los matices del funcionamiento de baterías de diferentes tipos para sistemas solares:

Comparación de diferentes tipos de baterías de arranque. Ventajas y desventajas para la energía alternativa:

Experiencia en el uso de baterías de litio (LiFePo4). Un bloque real de dispositivos automotrices, matices de su funcionamiento:

La correcta selección de baterías según sus parámetros permitirá garantizar el funcionamiento confiable de un sistema de energía alternativa. No se debe ahorrar excesivamente en la unidad de almacenamiento de energía eléctrica; la inversión inicial se recuperará con el funcionamiento ininterrumpido del sistema durante varios años.

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