Baterías Solares

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Existen multitud de tipos y formatos de batería solar que se usan fundamentalmente en función de la aplicación a la que van destinadas y la capacidad demandada. A continuación detallamos los tipos de baterías solares que existen, y sus distintos usos.

Tipos de baterías solares

Para conocer los tipos de baterías solares, primero especificaremos que existen principalmente dos tipos de baterías, las de arranque y las de descarga profunda.

Las baterías de arranque se utilizan poco en energía solar fotovoltaica, ya que como su propio nombre indica están diseñadas para proporcionar una alta corriente en muy poco tiempo, lo necesario para activar un motor de arranque. Las baterías de coche son de este tipo.

Las baterías de descarga profunda sin embargo, se usan no solo en instalaciones de energía solar, sino también en vehículos eléctricos industriales, como carretillas, máquinas de limpieza, carros de golf, etc.

A cuanto tipos de baterías solares se refiere, existen principalmente cuatro tipos diferentes, que se distinguen por los materiales empleados para el almacenamiento de la energía solar, los cuales son:

• Dúo Plomo-Ácido. -Que se emplea en múltiples formatos y que a día de hoy sigue siendo el más usado.
• Litio polímero o Litio Ion en aplicaciones estacionarias. -Este cada vez está más presente en las baterías solares. Y no sólo para los vehículos eléctricos y gadgets, como se estaba usando de costumbre.
• Níquel y cadmio.
• Baterías de flujo.

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Por otro lado, en función del electrolito utilizado encontramos diversos formatos en las baterías solares, de los cuales los más conocidos y utilizados son:

• Baterías AGM: son baterías con el electrolito absorbido en unas láminas de fibra de vidrio, lo cual no impide el intercambio gaseoso, y a su vez pueden sellarse, con la consecuente comodidad y seguridad que esta característica le proporciona.
• Baterías de GEL: en ellas el electrolito se encuentra gelificado gracias a una sílice amorfa que embebe el agua y reducen el gaseo enormemente, por lo que son las baterías de plomo acido selladas más seguras.
• Baterías abiertas: en ellas nos encontramos el electrolito en estado líquido y hay que reponerlo de vez en cuando. Son la tipología más utilizada sobre todo en aplicaciones estacionarias, ya que ofrecen la mayor capacidad y el precio es más bajo.

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

Tipos de aleación 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

Tipo de electrolito en la batería solar  

Esta suele ser la clasificación más utilizada, ya que esta es la característica que define generalmente la forma y la aplicación de la batería solar. 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 según 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 más 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 hasta el 50%.

• Electrolito gelificado. También llamadas baterías 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 aleación 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.

Tipos de construcción de la batería solar 

Las baterías de plomo también se pueden clasificar según 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

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 solares 

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 después 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 marcha. Estas baterías suelen ser de electrolito líquido, aunque también hay cada vez más modelos del tipo de electrólito absorbido (baterías 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 días, tras su jornada de trabajo, y así están 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 paneles 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 baterías estacionarias OPzS, compuestas por elementos transparentes de 2V y placas planas de plomo. Es usual encontrar bancos de 6, 12 o 24 elementos (batería solar 12V, batería 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 difícil acceso (lugares aislados, terrenos elevados poco accesibles, etc.) se suelen utilizar baterías solar tanto de electrolito gelificado (GEL) como de electrolito embebido (baterías 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).

También es común el uso de batería solar 12v monobloc para pequeñas aplicaciones solares. Son baterías solares baratas que hacen más económicas las aplicaciones solares. Aunque son mantenidas y por eso en el mercado se busca cada vez más baterías de gel baratas o baterías 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 ganándole 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 solares 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.

Baterías para placas solares 

Las baterías son un equipo utilizado desde la antigüedad para almacenar energía eléctrica y disponer de ella cuando se necesite. 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). Las baterías para placas solares realizan la misma función que una batería convencional, pero empleando la energía producida de manera natural por el sol. Por lo que, las baterías para paneles solares son más respetuosas con el medio ambiente, y nos permiten ahorrar económicamente en cuanto a consumo de energía eléctrica se refiere.