Tipo de acumulador

El tipo más usado es el que utiliza un electrolito del tipo Plomo-Acido. Esta tecnología, originada en Francia en el año 1859 ha evolucionado muchímimo, convirtiéndose hoy día en la solución más económica para integrar un Banco de Acumulación en un sistema FV independiente de uso nocturno.

Acumulador solar

La pregunta lógica es: ¿Porqué se necesita un acumulador especial? La respuesta es: Porque deben acumular una gran cantidad de energía eléctrica, la que entregan a la carga durante varias horas, sin posibilidad de ser recargados, durante varios años de trabajo. Una batería para automotor, por el contrario, entrega un elevado valor de energía durante un muy corto período (arranque); el resto del tiempo recibe carga constantemente (alternador). Los acumuladores solares resuelven el problema en una forma primitiva pero efectiva, usando placas de gran tamaño. Por eso pesan mucho más (por unidad de volumen) que los usados en los automotores.

Tipos de construcción

Existen tres tipos diferentes de acumuladores solares del tipo plomo-ácido:
1- Con electrolito líquido,
2- Con electrolito gelatinoso (acumulador hermético), y
3- Con placas de diseño especial, las que se conocen, en inglés, con la abreviatura AGM (acumulador hermético).

El acumulador con electrolito líquido es el más parecido a una batería de automotor. La diferencia reside en el mayor espesor de las placas. Este tipo de batería emana gases (explosivos) al cargarse y deben tener ventilación al exterior. Si accidentalmente se los vuelca, el electrolito (altamente caústico) escapa del continente plástico que le sirve de envase. La proporción de agua en el electrolito es elevada, comparada con los restantes, sobre todo si la batería no está bien cargada, lo que los hace propensos al congelamiento (temperatura ambiente menor de 0ºC).

Los acumuladores con electrolito gelatinoso son del tipo hermético. No emanan gases durante la carga, lo que hace posible su instalación dentro de la casa-habitación. Como su electrolito contiene menos agua, son más resistentes a las bajas temperaturas, pero se degradan con altas temperaturas ambientes.

Por razones de seguridad tienen una válvula de emergencia. Si los gases generados no llegan a ser reabsorbidos, la presión interna abre la misma, permitiendo su evacuación. Esta emergencia puede deberse a una actividad química fuera de lo usual, debido a un cortocircuito entre sus bornes de salida o una excesiva corriente de carga.

Las placas de los acumuladores tipo AGM tienen una malla metálica tejida, la que retiene un electrolito pastoso, colocado a presión. Este tipo de construcción minimiza la distancia entre electrodos, disminuyendo substancialmente la resistencia interna del acumulador, lo que permite mantener voltajes más altos de salida con corrientes elevadas (menor caída de voltaje interna).

El último tipo es el de mayor calidad, pero el de más alto costo. El tipo gelatinoso representa una buena calidad, con menor precio. El que tiene electrolito líquido es el más barato de los tres, para una dada capacidad de almacenaje.

Ciclo Carga-Descarga

Un ciclo de este tipo asume la entrega de una dada cantidad de energía a la carga y su posterior reposición. Los acumuladores solares de mejor calidad son los que pueden sostener, sin deteriorarse, el mayor número de ciclos de carga-descarga, sin sufrir deterioro en su funcionamiento.

Profundidad de Descarga (PdD)

Esta cantidad, dada en forma porcentual, representa la fracción de energía que la carga usa durante la noche. Si consume la cuarta parte del máximo acumulado (¼) la PdD será del 25%. Si consume la tercera parte (1/3) el valor para la PdD alcanza el 33,3%. Si bien existen diferencias entre fabricantes respecto al valor recomendado para la PdD, éste suele no exceder el 30%, a fin de garantizar una reposición completa de la energía usada, alargando la vida útil del acumulador.

Energía acumulada

Este valor, medido en Wh está dado por el producto V x Ah, donde V es el voltaje nominal del acumulador y Ah es un valor derivado de la prueba de descarga. Si un acumulador tiene un valor de 200Ah, y su voltaje nominal es de 12V, su capacidad de acumulación es de 2.400 Wh = 2,4 KWh.

Amps.horas (Ah)*

Si un acumulador entrega una corriente constante de 10A durante 20hrs, el producto de la corriente por el tiempo representa el número de Ah para ese componente. La especificación en Ah se dá para un determinado valor en horas. En el ejemplo, 200Ah(20hr).

Estos dos valores establecen el de la máxima corriente de descarga permitida en la unidad, a la que se le asigna la letra C. En nuestro ejemplo: 200/20=10A o C=10. Si la corriente de descarga es menor que C, el número de horas de uso se incrementa. Ejemplo. Si C es 10 veces menor (C/10), el tiempo de descarga especificado es 10 veces mayor.

Lo que no es admisible es calcular el tiempo de descarga cuando el valor de la corriente excede el de C, ya que la reacción electroquímica no puede ser acelerada.
Vida útil (número de ciclos de carga-descarga)

Este valor está dado por los fabricantes para una determinada PdD, y varía con la temperatura ambiente. Si bien al finalizar la descarga que determina el número de Ah el acumulador entrega 80% de su carga inicial, este valor, como indiqué con anterioridad, acortaría radicalmente la vida útil de la unidad. El número de ciclos de carga-descarga oscila entre 2.000 y 3.000, dependiendo del tipo de acumulador empleado, el valor usado para la PdD, la efectividad con la que se recarga el BdA**, y la temperatura ambiente. Si consideramos un ciclo/día, la vida útil del acumulador oscila entre los 5 y 8 años.

Controles de Carga

Cumplen varias funciones. La principal es asegurar la forma más rápida y efectiva de cargar el BdA. A esta función se agregan:
1- El monitoreo del BdA (instrumental o luces del tipo LED),
2- La apertura automática de su entrada cuando los paneles no proporcionan un voltaje de salida mínimo (noche o días nublados), evitando la descarga del BdA a través de los mismos, y
3- La corrección automática del voltaje de carga cuando varía la temperatura de trabajo del electrolito. Esta función se lleva a cabo monitoriando, con un sensor térmico, la temperatura ambiente (aprox. la del electrolito), y suele ser ofrecida como opción en algunos modelos.

Diseños

He mencionado el tipo MPPT al referirme al bloque de generación. Sólo me falta agregar que este tipo de CdC usa un conversor CC-CC, el que tolera un valor de voltaje más elevado a la entrada que el nominal de salida. Esto permite el uso de un bloque generador con voltaje de salida de 24 o 48V. Para un dado valor de potencia de generación (W), el aumento del voltaje a su salida implica un menor valor para la corriente (W=VxI), disminuyéndose así las pérdidas por calor (RxI2), a la vez que se abarata el costo del cableado (menor diámetro).

Como el costo de un CdC del tipo descripto es algo elevado, suele usarse los CdC multi-etapas. Este diseño usa un microprocesador con un programa fijo, el que responde al valor del voltaje del BdA. Suelen tener tres etapas.

La primera fuerza el mayor valor posible para la corriente de carga hasta que el voltaje del BdA indica que éste ha alcanzado un 80% del total que puede acumular.

Este valor (determinado por el fabricante) inicia la segunda etapa de carga, la que se caracteriza por la disminución del valor de la corriente de carga (para evitar problemas de sulfatación de las placas). El CdC crea un voltaje de CC pulsante de amplitud constante y período variable. El tiempo de conducción se acorta al incrementarse el voltaje del BdA.

La tercera etapa es de “relleno” (flotación) y usa el menor valor posible para la corriente de carga, dejando que el electrolito se homogeinice.

Notas
Ambos tipos se elijen para que puedan manejar, con amplitud, los mayores valores para la corriente y voltaje de carga anticipado para el sistema. Existen versiones, en general para consumos elevados, que incorporan opciones auxiliares como la entrada de un generador auxiliar (a gasolina o eólico), el encendido automático de un sistema de iluminación exterior, etc.

Por último, quiero destacar la importancia de proveer protección ambiental y ventilación adecuada (si se necesita) para el banco de acumulación. La vida útil del BdA se alarga cuando la temperatura de trabajo del electrolito se mantiene cercana a los 25ºC y se implementa un plan de mantenimiento para el BdA.

Ing. Hector L. Gasquet