Hablar de Baterías podría ocupar mucho espacio, pero aquí disponemos del espacio suficiente para hacer un resumen básico y conciso de las baterías utilizadas frecuentemente en la realización de proyectos de energía solar o eólica. Todas estas baterías son variantes de alguna forma de las baterías de ácido plomo, también denominadas de “descarga profunda” o “ciclo profundo”.
Breve Historia de la Batería
Aún cuando hoy día se acredita al italiano Alessandro Volta de la invención de la batería moderna (plata-zinc); se han descubierto “celdas” antiguas en viejas ruinas Sumerias, cuyo origen data de 250 años antes de Cristo.
La primera evidencia histórica de las baterías proviene de excavaciones arqueológicas hechas en Bagdad, Iraq. Esta batería inicial fue identificada como del año 250 AC; y pudo haber sido utilizada en pequeñas aplicaciones para e como de electroplatinas de objetos con una delgada capa de metal, un proceso parecido al que se usa actualmente para los recubrimientos de oro o plata en las oyas. Este se considera posiblemente unos de los primeros usos de las baterías.
Las baterías fueron “re-descubiertas” muchos años después por Alessandro Volta, luego de que la unidad de potencia eléctrica fuese llamada bajo su apellido (Volt o Voltio). La jarra fue encontrada en Khujut Rabu justo a las afueras de Bagdad, y compuesta de un jarrón con un tapón o stopper hecho de asfalto. Atravesando el tapón de asfalto se atraviesa una vara de hierro rodeada de un cilindro de cobre. Cuando es llenada con vinagre o alguna otra fórmula electrolítica, esta jarra es capaz de producir 1.1 Voltios.
Qué es una Batería?
El concepto de una batería puede definirse como la de un dispositivo que es capaz de almacenar energía eléctrica para su uso posterior. Una roca, empujada hasta la cima de una cuesta, puede considerarse como un “tipo” de batería…ya que la energía utilizada para empujarla a la cima (energía química de los músculos o de la combustión de motores utilizados) es convertida y almacenada como energía kinética potencial en el tope de la cuesta. Posteriormente, esa energía es liberada como energía térmica y kinética cuando la roca ruede cuesta abajo. Está claro que este no es un ejemplo de una aplicación práctica.
El uso común de la palabra batería en términos eléctricos está limitado al dispositivo electroquímico que convierte energía química en eléctrica por una celda galvánica. Una celda galvánica es un dispositivo bastante simple que consiste de dos electrodos de metales diferentes o compounds metálicos (un ánodo y un cátodo) y una solución electrolítica (usualmente ácida, pero algunos alcalinas). Una “Batería” es dos o más de esas celdas en series, aunque muchos tipos de celdas sencillas también son llamadas baterías, como las baterías de las luces de flash.
Como definimos anteriormente, una Batería es un dispositivo de almacenamiento de electricidad. Las Baterías no hacen la electricidad, la almacenan; así como un tanque de agua almacena el agua para su uso futuro. A medida que los químicos cambian en la batería, la energía eléctrica es almacenada o liberada. En las baterías recargables este proceso puede repetirse muchas veces. Las Baterías no son 100% eficientes -Parte de la energía se pierde como disipación de calor y reacciones químicas mientras se cargan y se descargan. Si usas 1000 Watts de una batería, podría tomar 1050 0 1250 Watts o más para recargarse completamente.
Resistencia Interna
Parte – o la mayor parte – de las pérdidas al cargar o descargar las baterías, son debidas a su resistencia interna. Esta se convierte en calor, lo que explica por qué las baterías se calientan cuando están siendo cargadas. A menor resistencia interna…mucho mejor.
Las tasas de recarga más lentas son más eficientes. Una batería clasificada en 180Ah (amperios-hora) en un período de 6 horas puede ser también clasificada como de 220Ah en un período de 20 horas, y de 260Ah en 48 horas. Gran parte de esta pérdida de eficiencia es debido a la mayor resistencia interna a mayores rangos de amperajes (la resistencia interna no es una constante) y es algo como “mientras más empujas, más fuerte es el empuje de respuesta”.
La eficiencia típica de una batería de ácido plomo es de un 85-95%, en las alcalinas y de NiCad es del 65%. Las verdaderas baterías AGM de Ciclo Profundo pueden alcanzar eficiencias de un 98%.
Prácticamente todas las baterías utilizadas en un sistema fotovoltáico y hasta el más pequeño de los sistemas de energía de respaldo son de ácido plomo. Aún luego de un año de usos, estas baterías siguen ofreciendo la mejor relación precio-potencia.
Un detalle importante es que TODAS las baterías comúnmente utilizadas en aplicaciones de ciclo profundo son de ácido plomo. Esto incluye las comunes de tipo abierto o de “agüita”, las AGM o las de Gel…todas utilizan la misma química, aunque presentan cambios en su construcción, placas.
Tipos de Baterías.
Las baterías se dividen de dos formas, por su aplicación (para qué son usadas) y por su construcción (como son elaboradas). La mayor aplicación es para uso automotriz, marino, y de ciclo profundo. Las de ciclo profundo incluyen aplicaciones en Energía Solar, Energía de Respaldo, UPS, Energía Portátil y para Vehículos Camperos. Las baterías que más se construyen son las abiertas, las de Gel y las AGM. Las Baterías AGM (Absorbed Glass Mat) también son denominadas “secas” ya que la capa de fibra de vidrio solo es saturada a un 95% de ácido sulfúrico y no hay exceso de líquido.
Hay muchas baterías abiertas comunes, con tapas removibles y etiquetadas como de “libre mantenimiento”, lo que significa que estas baterías durarán una semana más que lo que indican en su garantía de un año. Todas las baterías de Gel son de “válvulas reguladas” (valve regulated) lo que significa que tienen una pequeña válvula que mantiene una presión positiva. Casi todas las baterías AGM son de válvula regulada, llamadas comúnmente VRLA por Valve Regulated Lead Acid o Ácido Plomo Regulado por Válvula. La mayor parte de las baterías VRLA están bajo una presión de 1 a 4 PSI al nivel del mar.
Vida Útil de las Baterías
La vida útil de una batería de ciclo profundo está directamente relacionada con el uso que a esta se le de, como es su mantenimiento y método de re-carga, la temperatura y otros factores. En casos extremos, las variaciones podrán ser extremas, y se pueden ver casos de baterías muertas en apenas un año por efectos de sobre-cargas severas, así como también hemos tenido casos de baterías para sistemas de telefonía que han tenido de 5-10 recargas severas y que han durado más de 25 años! Hemos visto baterías de Gel destruidas en un día por sobrecargas usando cargadores de vehículos grandes. Hemos visto baterías de carritos de golf dañadas en menos de un año incluso sin haber sido usadas, por ser dejadas en un garaje caliente sin ser cargadas.
A continuación exponemos algunos valores mínimos y máximos típicos según el tipo de batería. Existen muchas variables como la profundidad de descarga, mantenimiento, temperatura, que tan frecuentes y profundo son sus ciclos, etc; y esto hace casi imposible dar un número fijo.
- Starting (de arranque o para vehículos): 3-12 meses
- Marine (para botes): 1-6 años
- Golf Carts: 2-7 años
- AGM Ciclo Profundo: 4-7 años
- Gel Ciclo Profundo: 2-5 años
- Ciclo Profundo (tipo L16): 4-8 años
Baterías de Inicio, Marinas y de Ciclo Profundo
- Starting (Inicio): También llamadas SLI por Starting-Lighting-Ignition. son comúnmente utilizadas para iniciar o arrancar motores. Los starters o arranque de motores normalmente necesitan una gran cantidad de corriente pero por muy corto tiempo. Las baterías de inicio tienen una gran cantidad de placas delgadas para un máximo de área superficial. Las placas están compuestas de una “esponja” de plomo, similar en apariencia a una esponja muy fina. Esto permite una extensa área superficial, que si es utilizada para ciclo profundo, se consumirá rápidamente hasta llegar al fondo de las celdas. Las baterías automotrices fallarían después de 30-150 ciclos profundos, mientras que con su uso normal o adecuado de arranque de un 2-5% de descarga podría durar hasta miles de ciclos!
- Ciclo Profundo: Este tipo de baterías están diseñadas para ser descargadas hasta un 80% una vez tras otra, y tienen placas mucho más gruesas. La mayor diferencia entre una batería de ciclo profundo “real” o algunas otras es sus placas son de plomo sólido y no en forma de esponja, lo que da una menor área superficial y por consiguiente, menos potencia instantánea como la que las baterías de inicio requieren. Desafortunadamente es muy difícil saber qué es lo que realmente se está comprando en algunas tiendas con precios muy bajos o tiendas que se especializan en Baterías para vehículos. Las baterías de carritos de golf son muy populares en uso de vehículos camperos o todo-terreno y en sistemas pequeños, sin embargo existe mucha variedad en cuanto a precios y muchas baterías baratas, pero, finalmente se obtiene la batería por la cual se pagó.
- Marine (Baterías para Botes): Las baterías para botes son un híbrido entre las baterías de inicio y las de ciclo profundo. En las baterías híbridas las baterías pueden estar hechas con placas de plomo tipo esponja, pero más cerradas y gruesas que las utilizadas en las baterías de inicio.
Usando una Batería de Ciclo Profundo como Batería de Inicio.
Realmente no es un problema este hecho, pero, como regla general, si se piensa utilizar una batería de ciclo profundo para efectos de inicio de un motor por ejemplo; la batería de ciclo profundo deberá ser sobre-dimensionada por lo menos en un 20% comparado con el valor recomendado o existente de la batería de inicio para obtener un amperaje de arranque adecuado. Con vehículos modernos que utilizan sistemas de Fuel Injection y Arranque Electrónico, se requiere mucha menos potencia inicial, por lo que el amperaje de inicio podría ser de menor importancia. Una batería de ciclo profundo no se dañará si es utilizada como batería de arranque, pero si ambas baterías son de la misma capacidad, la de ciclo profundo no suministrará el amperaje inicial requerido en una batería de arranque con la misma capacidad nominal.
Materiales de Construcción de las Baterías.
La mayor parte de las baterías “grandes” de uso común son de ácido plomo. (Existen algunas de Nickel Cadmium en uso pero para usos prácticos tienen un costo inicial elevado así como también su costo alto del manejo adecuado como desecho; lo que no justifica su uso).
El ácido es normalmente 30% sulfúrico y 70% agua a carga plena. También están disponibles las baterías NiFe o de Nickel-Hierro, que se caracterizan por una larga durabilidad pero poca eficiencia de un 60-70% y los voltajes son diferentes, lo que las hacen una opción no muy viable para usar en sistemas o inversores de 12, 24 o 48 Voltios. El mayor incoveniente con las baterías de Nickel-Hierro es que muchas veces es necesario poner 100 Watts de energía para obtener 70 Watts de carga, lo que las hace mucho menos eficiente que las baterías de ácido plomo. De este modo lo que se obtiene en ahorro de baterías, se paga más caro en paneles adicionales. Las baterías de NiCad (Nickel Cadmium) también son ineficientes, alrededor de un 65%; y muy costosas… sin embargo, pueden llegar a congelarse sin sufrir daño alguno. Por lo general, todas las baterías AGM pueden soportar congelamiento sin problemas considerando que su potencia de salida será mínima o cero.
Baterías Industriales de Ciclo Profundo
También llamadas “Fork Lift”, de Tracción o Estacionarias, son utilizadas cuando se necesita energía por largos períodos de tiempo, y están diseñadas para ciclos profundos, es decir, hasta un 20% de su carga total (80% de Capacidad de Descarga). Son llamadas usualmente Baterías de Tracción por su extenso uso en los Montacargas (Forklifts) y los carritos de golf. Las baterías de ciclo profundo tienen placas mucho más gruesas que las baterías automotrices.
Espesor de las Placas
El espesor de las placas (de la placa positiva) es importante debido a un factor llamado “Corrosión de malla positiva”. Esta se considera una de las tres razones básicas para el fallo de una batería. La placa positiva (+) es la que se va desgastando o comiendo con el paso del tiempo, así, llega un momento en que no queda nada y cae al fondo en forma de sedimento. Placas más gruesas implican mayor durabilidad de la batería. La placa negativa se expande durante la descarga, y es por esto que casi todas las baterías tienen separadores como la película o almohadilla de vidrio o papel, que pueden ser comprimidos.
La mayor parte de las baterías de ciclo profundo usan placas de Plomo-Antimonio a diferencia del Plomo-Calcio utilizado en las baterías AGM o baterías de ciclo profundo de Gel. El Antimonio incrementa la fuerza y durabilidad de las placas, incrementa la creación de gases y pérdida de agua. Es por esto que la mayoría de las baterías industriales deben ser chequeadas para verificar su nivel de agua.
El nivel de auto-descarga de las baterías de Plomo-Antimonio puede ser alto, tan alto como un 1% por día en una batería vieja. Una batería AGM nueva, tiene una descarga típica de 1-2% por mes y una vieja de un máximo de un 2% por semana.
Baterías Selladas
Las Baterías Selladas están hechas con válvulas de aireación que (normalmente) no pueden ser removidas. Las tan llamadas baterías de “Libre Mantenimiento” también son selladas, pero no anti-derrame. Las baterías selladas no son totalmente selladas, ya que deben permitir que los gases ventilen durante el proceso de carga. Si son sobre-cargadas muchas veces, algunas de estas baterías podrían perder mucha agua que ocasionará que fallen antes de su tiempo establecido. La mayor parte de las baterías de ciclo profundo pequeñas (incluyendo las AGM) utilizan placas de Plomo-Calcio para mayor durabilidad, mientras que, la mayor parte de las baterías industriales utilizan Ácido-Plomo (Plomo-Antimonio) para mayor fuerza en las placas y soportar golpes y vibraciones.
Códigos de los Tamaños de las Baterías.
Las baterías vienen en muchos tamaños diferentes. Muchas tienen “grupos” de medidas, lo que está basado en el tamaño físico y la ubicación de los terminales. El Grupo NO es una medida de la capacidad de la batería. Los típicos códigos BCI son los grupos U1, 24, 27 y 31. Las Baterías Industriales están usualmente designadas por un número de parte como “FS” o “GC” por Carrito de Golf (Golf Cart). Muchas baterías no se rigen por un código particular, y solo usan el número de parte del fabricante. Otros códigos estándar son el 4D y 8D para baterías grandes de tipo industrial, usadas comúnmente en sistemas de energía solar.
A continuación, algunos códigos de uso común para el tamaño de las baterías (con capacidades aproximadas)
- U1 – 12 Voltios – 34 a 40 Ah
- Grupo 24 – 12 Voltios – 10 a 85 Ah
- Grupo 27 – 12 Voltios – 85 a 105 Ah
- Grupo 31 – 12 Voltios – 95 a 125 Ah
- 4D – 12 Voltios – 180 a 215 Ah
- 8D – 12 Voltios – 225 a 255 Ah
- Golf Cart & T-105 – 6 Voltios – 180 a 225 Ah
- L16, L16HC, etc. – 6 Voltios – 340 a 415 Ah
Electrólito Gelificado
Las baterías del Gel o Gelificadas o de Celdas de Gel, contienen un ácido que ha sido “gelificado” con la adición de Gel de Sílica, convirtiendo el ácido en una sola masa gelatinosa. La ventaja de estas baterías es que es prácticamente imposible que derramen ácido, aún cuando ya han estado rotas. Sin embargo, hay muchas desventajas: Una es que deben ser cargadas a una tasa más lenta (C/20) para prevenir que el exceso de Gas dañe las celdas. Estas no pueden ser recargadas de manera rápida con un cargador convencional de vehículo ya que podrían dañarse de forma permanente.
La mayor parte de los inversores comúnmente usados el Sistemas de Energía Solar pueden ser configurados para limitar el proceso o corriente de carga que entra a las baterías.
Fuente: http://colombia.sensstech.com/tag/vrla/
