Baterías

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No hace falta perder el tiempo en una definición, ya que todo el mundo conoce que las baterías son un equipo utilizado desde la antiguedad para almacenar energía eléctrica y disponer de ella cuando se necesita, que normalmente no coincide con el momento de su generación (algo que es evidente en fotovoltaica: la iluminación se utiliza de noche, pero los sistemas fotovoltaicos producen electricidad de día).

Clasificación de las baterías según su régimen de descarga

Inicialmente, podemos clasificar las baterías en dos grupos, según su régimen de descarga: las baterías de arranque y las baterías de descarga profunda.

Baterías de arranque

Las baterías de arranque son baterías diseñadas para descargarse rápidamente, en aplicaciones en las que es necesaria una elevada corriente la cual debe utilizarse en muy poco tiempo. Por ejemplo, durante el arranque de los vehículos: la típica batería de coche. Puede proporcionarnos una corriente elevada, pero la duración de esa descarga es pequeña, enseguida se agota. Todos el mundo ha vivido ese momento en el que el motor de nuestro vehículo tiene algun problema, intentamos arrancar una y otra vez, hasta que despues de unos cuantos arranques, la batería del coche empieza a mostrar síntomas de agotamiento.

La corriente que se necesita para hacer girar un motor de arranque, el cual a su vez mueva un cigüeñal lleno de cilindros que están comprimiendo aire  en sus cámaras de combustión durante unos cuentos ciclos, es muy elevada. De ahi la necesidad de utilizar este tipo de baterías de arranque para el arranque de motores térmicos en vehículos.

Las baterías de descarga profunda

Las baterías de descarga profunda son baterías que aunque durante su descarga el amperaje está más limitado, pueden mantener ese amperaje durante un tiempo mucho mayor, manteniendo unos niveles de tensión adecuados durante todo ese periodo.

Dos ejemplos clásicos de estas baterías son las baterías de tracción (las que se usan en vehículos eléctricos como carretillas, carritos de golf, maquinas de limpieza, etc.) y las baterías estacionarias (utilizadas en aplicaciones de energía solar y aplicaciones de SAI-UPS).

Estas baterías tienen como característica principal que suelen descargarse con una corriente baja en relación a su capacidad, llegando nunca mas allá de un 50% de descarga habitualmente, y realizando un ciclo de carga al finalizar el ciclo de descarga. Por esta razón a estas baterías se las denomina también de alto ciclo, ya que durante su ciclo de vida soportan muchos ciclos de carga y descarga. La vida de este tipo de baterías es mayor cuanto menor es la profundidad de descarga habitual, pudiendo llegar a ser más del doble en una batería que se descarga siempre menos del 25% frente a otra que se descarga cada día al 50% o más.

Estas baterías son las que habitualmente se utilizan en energía solar, y se las conoce también como baterías solares.

Tecnología constructiva de las baterías solares

La inmensa mayoría de las baterías solares utilizadas en la industria están basadas en la tecnología Plomo-ácido, descubierta hace más de dos siglos, habiendo sido refinada con el tiempo y sus aplicaciones industriales.

Hoy en día estamos viviendo la introducción de nuevas tecnologías de baterías, como son las baterías de litio, que están revolucionando la industria gracias a su mayor densidad energética, bajo peso y un mejor comportamiento frente al ciclado. El precio actual de las baterías de litio sigue siendo muy elevado, aunque va disminuyendo a buen ritmo, gracias a su utilización cada vez mayor en la industria del vehículo eléctrico y los dispositivos electrónicos.

Para aplicaciones de gran capacidad o donde no importa demasiado el peso, pero sí el precio, se siguen y se seguirán utilizando las baterías de tecnología plomo-ácido en sus múltiples variantes, que vamos a ver a continuación. Actualmente, y para una misma capacidad, las baterías de plomo-ácido son mucho más económicas que las de litio, especialmente en grandes capacidades.

Tipos de baterías solares plomo-ácido

Las baterías de plomo ácido se pueden subdividir o clasificar en función de los siguientes parámetros:

• Por tipo de aleación utilizada
• Por tipo de electrolito utilizado
• Por tipo de construcción
• Por tipo de mantenimiento necesario

Por tipo de aleación utilizada en la batería solar

En las baterías de plomo-ácido se suelen utilizar tres tipos de aleación, que mostramos a continuación, de menores a mayores prestaciones:

1. Aleación de Plomo – Antimonio
2. Aleación de Plomo – Selenio
3. Aleación de Plomo – Calcio

Por tipo de electrolito utilizado en la batería

Esta suele ser la clasificacion más utilizada, ya que esta es la característica que define generalmente la forma y la aplicación de la batería. En las baterías de plomo-ácido el electrolito siempre va a ser una solución de ácido sulfúrico diluido en mayor o menor volumen de agua destilada. Pero el estado en que podemos encontrar ese electrolito difiere mucho segun el tipo de batería y tecnología utilizada. Básicamente, podemos encontrarlo en estado líquido, absorbido o gelificado.

• Electrolito líquido. Es el más habitual. Posee densidades de entre 1200 y 1300 gr/cm3. Este tipo es el más utilizado en las instalaciones de baterías estacionarias donde es necesaria una gran capacidad. Su precio es el mas bajo con respecto a su capacidad. Precisan de mantenimiento, aunque éste puede automatizarse gracias a algunos dispositivos de auto-rellenado que algunos fabricantes han desarrollado.
• Electrolito absorbido. Es la tecnología más utilizada para la fabricación de baterías selladas, conocidas como baterías AGM (Absorbed Glass Mat). Se trata de una tecnología que utiliza una membrana separadora, fabricada a partir de tejidos de fibra de vidrio, donde se consigue embeber y fijar el electrolito. Esta fijación no impide el intercambio gaseoso durante los procesos de carga y descarga de la batería. Son baterías con un buen rendimiento hasta profundidades de descarga de hata el 50%.
• Electrolito gelificado. Tambien llamadas baterias de gel. Es una tecnología muy utilizada para la fabricación de baterías selladas libres de mantenimiento, al igual que las baterías AGM. Se utiliza normalmente una aleacion de plomo-calcio y una pasta silicosa amorfa, la cual embebe el agua y la gelifica. Las baterías de gel sufren un muy bajo gaseo, por lo que pueden sellarse sin riesgo, ya que la presión apenas se eleva en el interior de la batería y no hay riesgo de escape. Soportan muy bien las descargas profundas, de hasta el 80%, aunque es mejor que éstas sólo sean puntuales.

Por tipo de construcción de la batería solar

Las baterías de plomo también se pueden clasificar segun el tipo de construcción y disposición de sus placas internas, donde ocurre el intercambio iónico, que es el proceso químico en el que se consigue transformar la electricidad en carga y viceversa. Los tipos de construcción habituales son los siguientes:

• Placa tubular: placas de plomo enrolladas en forma de tubo
• Placa plana: placas de plomo planas alternadas con otros materiales de separación o inmersas en electrolito
• Placa en planté: placas enrolladas en forma espiral

Por tipo de mantenimiento necesario en la batería solar

Las baterías de plomo-ácido pueden requerir de mayor o menor mantenimiento dependiendo de sus características constructivas, así como también debido a la aleación con la que está construida:

• Baterías Mantenidas: aleaciones de plomo-antimonio
• Baterías de Bajo Mantenimiento: aleaciones de plomo-selenio
• Baterías Libres de Mantenimiento: aleaciones de plomo-calcio
• Baterías Sin Mantenimiento: baterías selladas

Aplicaciones de las baterías

Como hemos visto en los párrafos anteriores, existen diversos tipos de baterías de plomo-ácido, y cada uno de esos tipos de batería son más o menos adecuados para una aplicación en concreto.

A continuación vamos a clasificar y enumerar las principales aplicaciones a las que se destinan las baterías:

Baterías de arranque

Como ya habíamos comentado, los motores de combustión y otros accionamientos necesitan de una ayuda para iniciar su funcionamiento. Esta ayuda la proporcionan unos motores eléctricos de arranque, que se alimentan desde una batería.

Estas son las denominadas baterías de arranque, y se caracterizan por poder disponer una gran cantidad de corriente en un breve lapso de tiempo. Por esta misma razón, su carga disminuye rápidamente, agotándose enseguida si no las recargamos despues de cada ciclo de arranque.

La recarga de estas baterías de arranque se lleva a cabo durante el funcionamiento del motor de combustión, que mueve un alternador, y es éste el encargado de recargar la batería una vez el motor de combustión está en macha. Estas baterías suelen ser de electrolito líquido, aunque tambien hay cada vez más modelos del tipo de electrolito absorbido (baterias AGM).

Baterías de tracción

Estas son las baterías que se usan en los vehículos eléctricos industriales: carritos de golf, carretillas elevadoras, máquinas de limpieza en grandes superficies, etc.

Estos vehículos suelen contar con un gran banco de baterías compuesto por multitud de elementos de 2V, de plomo-ácido con electrolito líquido y gran profundidad de descarga y alto ciclado. Se cargan todos los dias, tras su jornada de trabajo, y así estan listos para la jornada siguiente.

En otros vehículos de menor tamaño y con necesidades de energía críticas (hablamos de carritos y sillas de ruedas para personas con discapacidad o personas mayores) se suelen utilizan baterías de gel, que como sabemos permiten descargas profundas sin apenas afectar a la vida de la batería, algo que es fundamental en estos casos en los que la disponibilidad del vehículo puede ser crítica (transporte de personas con discapacidad, y también en el uso de dispositivos de soporte vital en asistencia sanitaria). Las baterías de gel proporcionan esa fiabilidad extra.

Baterías para placas solares

En este caso se pueden usar diferentes tipos de baterías para placas solares, según tamaño de la instalación y necesidades específicas. Por lo general, en las grandes instalaciones de energía solar fotovoltaica se utilizan las baterías de electrolito líquido y descarga profunda denominadas baterias estacionarias OPzS, compuestas por elementos transparentes de 2V y placas planas de plomo. Es usual encontrar bancos de 6, 12 o 24 elementos (bateria solar 12V, bateria solar 24V o 48V) para conformar el almacenamiento necesario en cada caso.

En otras aplicaciones donde se requiere menos capacidad (pequeñas instalaciones de alumbrado, comunicaciones, señalización, etc.) o en lugares de dificil acceso (lugares aislados, terrenos elevados poco accesibles, etc.) se suelen utilizar baterías solar tanto de electrolito gelificado (GEL) como de electrolito embebido (baterias AGM). Si las condiciones son de aislamiento, pero las necesidades de energía son elevadas, se utilizan entonces elementos de 2V de gran capacidad, con electrolito gelificado (elementos OPzV).

Tambien es comun el uso de bateria solar 12v monobloc para pequeñas aplicaciones solares. Son baterias solares baratas que hacen mas economicas las aplicaciones solares. Aunque son mantenidas y por eso en el mercado se busca cada vez mas baterias de gel baratas o baterias agm baratas.

Últimamente, gracias al desarrollo del coche eléctrico, donde se utilizan baterías de litio, se están empezando a comercializar baterías de litio para aplicaciones solares, pensadas para funcionar en instalaciones de autoconsumo solar fotovoltaico y balance neto. La famosa batería de Tesla Motors , la batería Tesla Powerall, es un ejemplo de este tipo de baterías, aunque hay más en el mercado (Samsung, Axitec, LG, Fronius, BYD, etc.). Esta tecnología poco a poco irá ganandole espacio a las baterías de plomo-ácido, especialmente en aplicaciones en viviendas, debido a su bajo volumen, alta eficiencia y nula necesidad de ventilación.

Baterías solar para aplicaciones estacionarias

Son los mismos tipos de batería placa solar que las anteriores, pero en este caso teniendo en cuenta que la carga de las baterías no necesariamente se realiza mediante fuentes de energía solar o eólica. Un ejemplo de este esquema sería una instalación para aprovechar la discriminación horaria de una tarifa eléctrica, para cargar baterías de noche (aprovechando un precio más barato) y emplear esa energía almacenada en baterías para utilizarla durante las horas punta, cuando el precio de la electricidad es más caro (para la climatización o la iluminación de un local, por ejemplo).

Baterías para respaldo (UPS-SAI)

En estos casos la función de la batería es alimentar la instalación por completo, o al menos parte de ella. Son aplicaciones para situaciones de emergencia o de fallo del suministro eléctrico. Una aplicación típica sería el uso de pequeños SAI para los ordenadores en una empresa, que permitan guardar las tareas existentes en el momento de la falta de suministro y así poder cerrar con seguridad mientras la red se recupera del fallo general de alimentación. O por ejemplo, la instalación eléctrica de un hospital, que debe disponer de un sistema que asegure el funcionamiento de los sistemas eléctricos mientras transcurra un fallo general de energía, para lo que se suelen usar grandes bancos de baterías en paralelo con potentes grupos electrógenos.

Preguntas sobre baterías solares

¿Cuales son mejores baterías para placas solares, baterias agm o gel?

Las baterías solares de gel tienen mayor vida y mayor resistencia ante las descargas profundas, aunque son algo mas caras (aunque en Solarmat puedes comprar baterias de gel a buen precio, ya que disponemos de baterias de gel baratas). Las baterias solares agm baratas son mas habituales, pero para aplicaciones donde estos parametros sean importantes (sillas de ruedas electricas, lugares remotos o de dificil acceso) es mejor utilizar baterias de gel

¿Por qué no hay baterias solares estacionarias baratas?

Las baterías solares estacionarias son el mayor exponente en cuanto a calidad y resistencia de la tecnología de plomo-acido. Se utilizan los mejores materiales para conseguir que la vida de los elementos de bateria estacionaria sea muy larga y muy resistente a descargas profundas. Por otro lado, para una bateria solar 12V es necesario utilizar 6 elementos, lo cual encarece la batería, a diferencia de las baterías monoblock. Y finalmente, aunque parezcan caras, a veces son la unica opcion, ya que ni con elementos de 6V podemos pasar de los 500 o 600Ah, y con las baterias estacionarias OPzS de mayor capacidad podemos llegar a 2500Ah. El siguiente paso ya son acumuladores de gel estacionarios, que esos ya si que son algo mas caros. Los elementos traslúcidos son algo mas económicos que los OPzS y dan un rendimiento muy similar.

Precio baterias solares

El precio baterías solares está creciendo contínuamente. sobre todo últimamente, debido al aumento continuado de la materia prima en los mercados. El precio del plomo tiene una afectación directa mes a mes en el precio bateria, y esto hace que el precio baterias agm, precio bateria gel, y el precio bateria en general suban en una escalada continua, que junto a la irrupcion de las baterias de litio, está haciendo que las ventas de baterías de plomo para energia solar estén reduciendose poco a poco.

Actualización: 25/07/2022