Baterias

 Baterías.

Formula para calcular la capacidad de la bateria (Ah).

Cuanto menos descarguemos la batería mas ciclos podremos hacerle, en otras palabras, mas tiempo durará la batería. Si solo descargamos nuestra batería un 30% (0,3) de su capacidad total, mas nos durará, pero eso se traduce también en una batería de mayor capacidad y por lo tanto mas cara.

Se puede apreciar que si la descargamos un 70% podremos hacerle poco mas de 2000 ciclos y si la descargamos un 30% podremos hacerle 4000 ciclos

Pequeño ejemplo practico.

En base a la siguiente tabla de consumo, calcularemos la batería que necesitamos.

Capacidad de la Batería (C100, C20, C10, C5).

La capacidad de la batería varia en función de la corriente que demandemos de ella, cuanto mayor es esa corriente de descarga menor será la capacidad en Ah proporcionara la batería. Por eso tenemos que tener cuidado con las especificaciones que nos da el fabricante.

Tomemos como ejemplo la batería Solarx de 14Ah - C120.

Esta batería solo tendrá una capacidad de 14Ah a C120, es decir, si demandamos de ella la siguiente corriente de descarga:

Es decir, que si multiplicamos 0,116A por 120 horas (C120) nos dan los 14Ah.

Sin embargo la capacidad de la batería será SOLO de 11.5Ah en C10, eso significa que estaremos demandando de ella mucha mas intensidad de descarga:

Si multiplicamos 1,15A por 10 horas (C10) nos dan esos 11.5 Ah.

Como podemos ver la capacidad de la batería varia, este hecho es debido al incremento del flujo de corriente interno de la batería. A mayor corriente mayor velocidad en la reacción química de reducción produciendo mayor sulfatación y cubriendo las placas internas de la batería mermando su porosidad y la capacidad de extraer energía procedente de la reacción química. 

Por otro lado hay que tener en cuenta la profundidad de descarga, si queremos que la batería nos dure muchos años no podemos descargarla completamente, eso significa que si la batería es de 14Ah y nosotros la descargamos un 80%, tendremos una capacidad real de 11,2 Ah, dejando en la batería un 2.8Ah para no descargarla por completo.

Ejercicio practico.

Disponemos de la siguiente batería (7,2 Ah - C20). Si queremos alimentar un led que consume 1.84 Amperios y queremos descargar nuestra bateria solo un 70%, ¿Cuál será su capacidad real en Ah?

Como podemos ver, la batería tiene 7.2 Ah en C20 (20 horas), pero en C3 (3 horas) solo tiene una capacidad de 5.51 Ah, si dividimos 5.51 entre 3 (C3) nos da 1.84 Amperios, mientras que si dividimos 7.2 Ah entre 20 (C20) nos da solo 0,36 Amperios de descarga, como nuestro foco consume 1.84 Amperios, la capacidad real de nuestra batería será de 5.51 Ah y no de 7.2 Ah. Ahora bien, como solo queremos descargarla un 70%, nuestra batería finalmente tendrá solo una capacidad de 3.85 Ah, es decir, podremos tener nuestro led encendido unas 2 horas. Por lo que recomendaría comprar una batería de mas capacidad.

Tipos de baterías.

Baterías Monoblock

Las baterías monoblock son aquellas que van encapsuladas en un solo elemento. Es muy habitual encontrar baterías monoblock, por ejemplo, en un coche o de una moto. Estas baterías monoblock pueden ser de cualquier tipo, tanto de las clásicas de plomo ácido, como de las que poseen tecnologías más avanzadas, o sea, baterías GEL y baterías AGM. Independientemente de su tecnología pueden estar encapsuladas en este tipo de formato llamado monoblock.

Baterías de plomo ácido abierto. Contienen seis compartimentos separados pero conectados en serie que están sumergidos en ácido sulfúrico. Las placas por las que está compuesta la batería contienen los electrodos polarizados positiva y negativamente que se alternan dentro de la batería. Este tipo de batería se utilizan en instalaciones aisladas gracias al gran rendimiento que tienen y el bajo coste.

Baterías AGM. (Absortion Glass Mat), es una tecnología que permite a las placas de plomo de la batería absorber más rápido y mejor el ácido. Una de las principales características de estas baterías es que no requieren de mantenimiento gracias a su diseño sellado por lo que su transporte es más sencillo. Soportan un gran número de ciclos de forma que su uso es recomendable en instalaciones exigentes, aunque también están recomendadas para caravanas puesto que pueden utilizarse como batería de arranque. Cuentan con una larga vida útil, aunque sean sometidas a ciclos de descarga profunda, tienen un funcionamiento excelente y se pueden recargar.

Preparada para descargas lentas con regularidad, su vida útil media es superior a los 700 ciclos, no obstante sin abusar de las descargas profundas y con un uso del 30% duplicaremos la vida de la batería con facilidad superando con holgura los 1200 ciclos. 

Gracias a ser AGM, no necesita mantenimiento y es muy segura para que trabaje en espacios sin ventilación ya que está sellada. La batería dispone de terminales de tornillo y unas prácticas asas laterales poderla transportar con facilidad. Perfecta para pequeñas aplicaciones solares y uso como batería de servicio en instalaciones de caravanas, iluminación o pequeños consumos en instalaciones aisladas

Las baterías AGM y baterías GEL están selladas y se componen de un electrolito gelidificado que hace que tengan mayor rendimiento y no necesiten mantenimiento, además están fabricadas en formato monoblock. Estas baterías son capaces de soportar sin problemas altos picos de arranque de cualquier electrodoméstico por lo que son perfectas para utilizar cualquier tipo de aparato eléctrico. En condiciones normales este tipo de baterías tienen una vida aproximada de entre 8 y 10 años, además son las más comunes en instalaciones medias ya que permiten ampliar la capacidad de carga poco a poco e ir añadiendo módulos

- Las vibraciones no les afecta.

- Ideal para descargas profundas.

- Un gran número de ciclos de carga/descarga.

- Soportan corriente de carga más altas que las baterías de plomo ácido convencional.

De hecho, estas baterías monoblock AGM son muy aconsejables para instalaciones solares pequeñas ya que son ideales para descargas profundas y disponen de un gran número de carga/descarga. Las baterías monoblock AGM tiene una vida útil de 4-5 años.

Baterías GEL. Este tipo de baterías contienen el electrolito gelificado y al estar selladas no desprenden gases nocivos por lo que podría instalarse en un lugar con poca ventilación. Puede tener ciclos de descarga profundos con hasta 800 ciclos de vida de ahí que sea una batería de gran durabilidad. 

De todas formas se puede apreciar que si solo descargamos la batería un 30%, el numero de ciclos se duplica.

Por otro lado, al ser una batería completamente sellada no requiere de mantenimiento pues no se producen evaporaciones y su cuidado se vuelve mucho más sencillo. Las baterías GEL están recomendadas para instalaciones medianas y pequeñas que necesitan una batería eficaz y con una funcionalidad extraordinaria.

Se diferencia de las baterías monoblock AGM, en que las baterías de gel trabajan muy bien en sitios cálidos y la tensión de la carga es inferior. (14.2v en absorción y no es necesario realizar ecualizaciones).

Las baterías monoblock GEL son ideales para lugares donde no haya ventilación, como por ejemplo para autocaravanas.

Estas baterías son capaces de soportar sin problemas altos picos de arranque de cualquier electrodoméstico por lo que son perfectas para utilizar cualquier tipo de aparato eléctrico. En condiciones normales este tipo de baterías tienen una vida aproximada de entre 8 y 10 años, además son las más comunes en instalaciones medias ya que permiten ampliar la capacidad de carga poco a poco e ir añadiendo módulos

Baterías estacionarias. Estas baterías se caracterizan porque se mantienen cargadas constantemente. Contienen un regulador que alimenta el consumo y que recarga la batería cuando se produce una descarga. De este modo la batería se descarga con muy poca frecuencia. Dentro de las baterías estacionarias podemos encontrar las baterías estacionarias OPzV o baterías de electrolito absorbido, que son aquellas que no requieren de mantenimiento; o las baterías estacionarias OPzS y TOPzS o baterías de electrólito líquido que debe comprobarse los niveles de ácido periódicamente por lo que sí que requieren de mantenimiento.

Por otro lado, las baterías estacionarias son muy recomendadas para instalaciones fotovoltaicas. Tienen una vida útil larga y sus ciclos de descarga profundos ofrecen resultados notables para cualquier tipo de consumo.

Las baterías de este modelo están compuestas por vasos independientes de 2V cada una. Mediante los conectores los vasos se van conectando entre sí, formando sistemas de 12V, 24V o 48V.

En aquellas instalaciones grandes o medias que necesitan baterías con una duración mayor que las de GEL o baterías AGM se utilizan las del modelo OPzS, ya que estas tienen una gran resistencia para ciclos continuos de carga-descarga y cuentan con una duración aproximada de 20 años. Este modelo necesitará un mantenimiento de rellenado cada dos años y ubicarse en un lugar ventilado ya que se trata de un modelo de batería abierta.

El modelo OPZV dispone de electrolito gelidificado que hace que se transforme en una batería estacionaria totalmente sellada y sin mantenimiento y además cuenta con las ventajas de una batería estacionaria OPzS. Este es el motivo por el cual se podrán colocar en posición vertical u horizontal. Su duración será de entre 15 y 20 años.

Finalmente, encontramos el modelo UOPZS O TOPZS, que corresponde a baterías estacionarias OPzS con la diferencia de que estas se fabrican en un envase más económico y translúcido. Al estar hechas en una cadena de montaje automatizada se pueden reducir los costes de fabricación. Su vida útil al igual que las anteriores de unos 15 a 20 años.

Batería de litio. Las batería de litio se cargan más rápido que otros tipos, ofrecen más densidad energética y cuentan con una mayor vida útil. No tienen efecto memoria por lo que podrían descargarse al 100% o a la mitad sin que la batería sufriera. Las características físicas de las batería de litio difieren de los demás tipos, pero obtienen mayor autonomía además son menos pesadas por lo que su transporte es más sencillo. No requiere mantenimiento ni emite gases por lo que pueden instalarse en un lugar sin ventilación. Son muy utilizadas en instalaciones fotovoltaicas exigentes del sector industrial, pero cada vez más a nivel doméstico.

Etapas de carga.

1. Etapa Bulk:

En esta primera etapa se suministra corriente a la batería a intensidad máxima, de manera que el voltaje (tensión) aumenta rápidamente hasta llegar aproximadamente a 12,6 V, y después poco a poco hasta el primer límite de voltaje. Una vez alcanzado este límite la batería está cargada un 80-90%, a partir de este punto la absorción de corriente de carga se reduce rápidamente, estamos ahora a un potencial de 14,4-14,8 V según la batería. Si se desea cargar un banco de baterías el límite de voltaje se situaría entre un 10-20% de la intensidad nominal de la batería, es decir, entre 100-200 A para un banco de baterías de 1000 A/h. En esta etapa el regulador de carga que se sitúa entre el panel y el acumulador no juega ningún papel, pues la corriente se suministra a intensidad máxima, pero sin él la fase Bulk sería permanente y la corriente proveniente de los paneles solares podría destruir la batería por sobrecarga.

2. Etapa de Absorción:

En esta fase la corriente de carga disminuye lentamente hasta que la batería se carga al 100%. En esta etapa trabajamos al voltaje alcanzado al final de la etapa Bulk, denominado límite de absorción. Es importante conocer los valores de los voltajes utilizados con exactitud y siempre en conformidad a las indicaciones del fabricante. La finalidad de esta etapa es recuperar el electrolito, que puede haberse visto alterado en procesos de descarga profunda, así pues en baterías que hayan sufrido una descarga profunda prolongada, la fase de absorción será más larga para asegurarnos de recuperar el electrolito por completo.

3. Etapa de Flotación:

en esta fase la batería ya está cargada al 100% y lo que se hace es proporcionar la corriente necesaria para compensar la autodescarga, de manera que permanezca al 100%. Se trabaja a potenciales bajos y constantes. Si pretende almacenarse la batería el voltaje de flotación no puede variar más de un 1% respecto del recomendado por el fabricante. Para baterías liquidas se recomienda proporcionar voltajes entre 12,9-14 V, aunque no es recomendable la inutilidad de la batería durante periodos largos (meses). En cambio, las baterías de gel pueden ser dejadas en fase de flotación durante periodos largos sin problemas.

4. Etapa de Ecualización:

Tiene como fin el ascenso del gas dentro del ácido (electrolito) haciendo que la disolución llegue a ser homogénea; por esto también se denomina etapa de gaseo. De esta forma evitamos que en la parte inferior no haya una densidad mayor que pueda provocar la sulfatación de las placas. Tras esta etapa conseguimos que todas las celdas tengan el mismo voltaje. El controlador puede realizar esta etapa cada cierto periodo de tiempo, si se pretende hacer a mano conviene llevarla a cabo si se detecta disparidad de valores en la densidad del electrolito.

MUY IMPORTANTE: Esta tercera etapa de ecualización no es recomendable en baterías de AGM o Gel, ya que no hay electrolito líquido y se pueden dañar irreversiblemente.

La corriente de carga inicial debería mantenerse entre el 10% y el 20% de la capacidad nominal de la batería si se quiere preservar al máximo su vida útil. Corrientes mayores incrementan la temperatura y con ella el gaseado y el deterioro de las placas de la batería.

Por ejemplo, una batería de 200Ah debería cargarse como mucho con una corriente de 40A, es decir, el cargador está bombeando 40A cada hora. Si la batería estuviera completamente descargada (cosa que no debería permitirse), la fase de carga inicial duraría 4 horas  hasta alcanzar el 80% del estado de carga, es decir, 160Ah.

Batería AGM