La batería es un elemento esencial no solo, en los sistemas Off Grid, sino también cuando se usan los Inversores Híbridos, pues en ambos casos, tanto para alimentar el regulador, como el inversor se necesita de las baterías.

1.1 TIPOS DE BATERIAS EN CUANTO A CONSTRUCCION Y CAPACIDAD

1.1.1. BATERIAS DE ACUERDO CON EL TIPO DE CONSTRUCCIÓN.

En esta parte hay que identificar dos tipos de baterías:

BATERIAS DE ARRANQUE: Baterías diseñadas para dar gran capacidad de corriente de arranque sobre todo en motores y con rápidas recargas. Pero tienen la desventaja que de descargan con facilidad y solo permiten bajos niveles de descarga entre el 15 y el 20%.

BATERIAS DE CICLO PROFUNDO O DEEP CYCLE: Diseñadas para descargas profundas mayores del 50% y se caracterizan porque suministran bajos niveles de corriente en largos periodos de trabajo.

En relación con las baterías de ciclo profundo que se usan en los sistemas fotovoltaicos, se tienen:

BATERIAS DE ION LITIO: Son baterías muy eficientes, livianas y duraderas pero con valores o precios aún muy altos.

BATERIAS DE PLOMO – ACIDO O LEAD ACID ABIERTAS: Son las más comunes constituidas por celda de plomo sumergidas en un electrolito compuesto por ácido y agua desmineralizada. Estas baterías requieren ventilación y no se pueden girar, ni voltear y mucho menos derramar su electrolito . Deben ser recargadas constantemente y vida útil baja de 1 a 3 años.

FLOODED DE PLOMO – ACIDO ( lead acid ) CERRADAS O SELLADAS: También se les llama baterías libres de mantenimiento; estas baterías regulan la transferencia de gases a través de un sistemas de válvulas de protección que los protege de explosiones y mantiene el sellamiento, recombinando los gases generados en su interior, sin dejarlos escapar a la atmosfera . Pueden ser giradas, incluso ponerse boca abajo. Poseen válvulas de regulación VRLA.

BATERIAS VRLA GEL: El electrolito que contienen esta en forma de gel, que evita pérdidas de líquido. Son resistentes a bajas temperaturas, trabajan en cualquier posición, mayor vida útil que las baterías líquidas; pero son de mucho cuidado al cargarlas y de precio elevado. Vida media de 6 a 8 años. La mayoría poseen sistema de regulación VRLA.

BATERIAS VRLA AGM ( ABSORVED GLASS MAT ): Cuentan con mallas de fibras de vidrio entre sus celdas o placas para retención del electrolito de esta forma no hay que rellenar el electrolito. Son resistentes a bajas temperaturas, alta eficiencia de precios moderados. Vida media de 6 a 8 años. Son mas adecuadas que las gel sobre todo para situaciones de alta intensidad de descarga. Pueden poseer sistema de regulación de válvulas VRLA.

BATERIA OPZS: Baterías de vaso de 2 VDC, de plomo con electrolito acido con placas de diseño tubular que deben de estar siempre sumergidas en el electrolito; construidas en plástico SANS transparente y vida útil promedio de 10 años.

BATERIA OPZV: Baterías de vaso de 2 VDC, de plomo con electrolito tipo gel también con placas de diseño tubular.

BATERIA TOPZS: Baterías de vaso de 2 VDC, de plomo con electrolito acido, de construcción parecida a las OPZS pero mas baratas. Se deben colocar es estructuras para evitar su deformación con la temperatura ambiente.

BATERIA EPZS: Baterías de vaso de 2 VDC, de plomo con electrolito acido con placas de diseño tubular que deben de estar siempre sumergidas en el electrolito y envase de polipropileno color negro poseen bajos ciclaje en comparacion con los OPZS y OPZV

Ver video:

GENERALIDADES DE BATERIAS EN SISTEMAS DE GENERACION FOTOVOLTAICA

https://youtu.be/ZJRVx1UJR9s

1.2. VARIABLES PARA TENER EN CUENTA A LA HORA DE SELECCIONAR BATERIAS

CAPACIDAD DE LA BATERIA: Se mide en amperios hora ( AH ), se refiere a la cantidad de energía que puede descargar una batería antes de descargarse. Esta capacidad va variando dependiendo del uso de la batería u otros factores.

Para que esta unidad sea una real de energía, se multiplica su valor por la tensión de la batería:

Energía ( Watts – Hr ) = Tension * AH

Como recomendación trate de no exceder la descarga a más del 60% de su capacidad en Amperios-Hora.

Las baterías poseen este valor de acuerdo a las horas de prueba, que pueden ser 10 horas ( C10 ) , 20 horas ( C20 ), 24 horas, ( C24 ), 100 horas ( C100 ), o 120 horas ( C120 ).

MAXIMA CORRIENTE DE CARGA DE LA BATERIA: Tiene que ver con la cantidad de corriente que se le suministra a la batería para cargarla. Por recomendación de algunos fabricantes, esta corriente de carga no debe exceder en un 30% la capacidad en AH de la batería. Por ejemplo, la corriente máxima de carga de una batería de 100AH es de 30 A.

TENSION DE BATERÍA: Tiene que ver con el valor del voltaje de la batería. En sistemas solares se pueden encontrar baterías de 6, 12, 24 y 48 voltios.

TENSIONES DE FLOTACION Y DE EQUALIZACION: Son valores de voltajes muy importantes a la hora de la carga de las baterías; estos valores se programan en el regulador de acuerdo al tipo de baterías para optimizar su carga.

DIAS DE AUTONOMIA DE LA BATERÍA: Tiene que ver con el número de días en que la batería puede suministrar energía sin requerir carga alguna. Este dato no aparece en la hoja de datos del equipo.

CORRIENTE DESCARGA: Es la corriente de descarga máxima en amperios recomendada por el fabricante para un uso u operación optima de la batería.

RANGO DE TEMPERATURA DE OPERACION: Son los rangos de temperatura que el fabricante establece ya sea para los procesos de operación como carga, descarga o almacenaje de la batería en optimas condiciones.

CORRIENTE MAXIMA DE DESCARGA A 5 SEGUNDOS: Es la máxima corriente que puede entregar la batería en un muy corto período de tiempo , por lo general menor a 5 segundos.

CELDAS DE LA BATERIA: Se refiere al numero de celdas que conforman la batería y su voltaje.

AUTODESCARGA: Es un proceso que ocurre en las baterías, en los cuales pierden lentamente su carga. Esta se ve afectada por temperaturas ambientales, tiempo de almacenamiento y tiempos entre cargas y descargas. Para evitar altos porcentajes de autodescarga haga:

• Mantener los bornes de la baterías protegidos con grasa.

• Ubicar la batería sobre superficies de madera.

• Mantener limpia la batería.

• Evitar la exposición a altas temperaturas.

CICLO: Tiene que ver con el periodo en que una batería se carga y posteriormente se descarga.

CICLO DE VIDA O CICLAJE: Se refiere al número de ciclos de duración estimados de la batería. Este ciclo de vida esta estimado en miles de ciclos, dependiendo del fabricante y de las descargas profundas que se le hagan a la batería.

De la grafica anterior se concluye que: A mayor profundidad de descarga, menos ciclos de vida tiene la batería o a menor profundidad de descarga de la batería, mayor ciclo de vida posee la batería

CICLO DE VIDA PROMEDIO: Son los miles de ciclos que opera la batería antes que su capacidad se reduzca al 80% o 60% de su capacidad nominal o de referencia. Es un dato muy importante ya que se puede estimar la duración de operación de la batería. Los ciclajes normales están por encima de los 2000.

Ver video:

DATOS TECNICOS DE UNA BATERIA PARA USO EN GENERACION SOLAR FOTOVOLTAICA

https://youtu.be/MSEawNfOGkY

1.3. CURVAS DE DESCARGA DE UN BATERIA

Es una forma gráfica de poder calcular o predecir las condiciones de operación de una batería teniendo en cuenta la cantidad de corriente entregada por la misma a un valor de voltaje dado en cierto tiempo.

Hay que tener en cuenta los conceptos de tensión nominal y los AH de una batería:

TENSION DE BATERÍA: Tiene que ver con el valor del voltaje nominal o de referencia de la batería. En sistemas solares se pueden encontrar baterías de 2, 6, 12, 24 y 48 voltios. Este valor depende del número de celdas de la batería.

CAPACIDAD DE LA BATERIA EN AH: Se mide, por lo general en amperios hora ( AH ), se refiere a la cantidad de corriente que puede descargar una batería en el tiempo. Esta capacidad va variando dependiendo del uso de la batería u otros factores. Para que esta unidad sea una real de energía, se multiplica su valor por la tensión de la batería:

Energía Batería (Watts- Hr) = Tensión de batería * Capacidad AH

Se debe tener en cuenta que la capacidad en AH de una batería es variable de acuerdo al régimen de horas de trabajo, bajo la cual se hace la prueba, veamos la siguiente tabla:

Las baterías toman uno de estos valores para que sea identificada en el comercio, veamos el siguiente ejemplo:

Para la batería anterior, esos 155 AH están bajo el régimen de trabajo de 20 horas ( C20 ), algunas baterías la traen para 10 horas ( C10 ) y otras 100 horas ( C100 ). Hay que tener en cuenta que una batería, mientras mayor sea el periodo de horas de trabajo, mayor es u rendimiento en AH, tal como se observa:

Estas capacidades en AH de acuerdo a las horas de trabajo, se representan en las llamadas Curvas de Descarga de la batería, tal como se muestra:

Gracias a estas curvas, se puede calcular o predecir las condiciones de operación de una batería teniendo en cuenta la cantidad de corriente entregada por la misma a una tensión dada en cierto tiempo. Con esta grafica se puede establecer el valor del voltaje final de la batería, y el tiempo en llegar a esa tensión de acuerdo con la corriente de descarga de la misma. Por lo general se espera una tensión final de batería de 11, 5 Voltios ( valor de tensión de una batería de 12 voltios con una descarga mayor del 70% ).

El valor de la capacidad en AH, de acuerdo a las horas de trabajo es muy importante a la hora de hacer la selección de la batería, para un trabajo especifico. En el caso de los sistemas fotovoltaicos, donde la autonomía de una batería puede ser de menos de un dia, un día, dos días, tres días y cuatro días, recomiendo los siguientes valores de referencia para su selección:

Ver video:

SIGNIFICADO DE LOS AMPERIOS HORA ( AH ) EN UNA BATERIA Y SU INTERPRETACION

https://youtu.be/g_HxLcItuBo

1.4. COMO AFECTAN LAS DESCARGAS PROFUNDAS EL PERIODO DE VIDA DE UN BATERIA

Uno de los factores importantes al momento de usa baterías es el determinar la cantidad de carga o de energia a extraerle a la misma, porque este valor incide en la vida de la misma; en otras palabras, si se almacena una cantidad x de energía en una bateria, solo podemos disponer de una parte de ella y dejar el resto en la batería.

La vida de una batería está determinada por el ciclaje que es un periodo de carga y descarga de una batería, lo normal es que una bateria se cargué en el dia y se descargue o use por la noche, lo que conlleva a que una batería hace un ciclo e 24 horas o en un día.

Hay que anotar que una bateria debe cambiarse cuando ha perdido el 20% o el 40% de su capacidad de carga o cuando su capacidad de almacenamiento se ha reducido a un 60%. Analicemos el siguiente gráfico:

Para el cálculo de la descarga d ela batería, se puede hacer de dos formas: con el valor de la energía entregada a las cargas o con el valor de los AH entregados a las mismas:

Para comenzar el análisis, no solo hay que tener el valor de la tensión nominal de la batería , sino también sus AH, de acuerdo a las horas de prueba, tal como se observa:

Recordemos que la capacidad en AH de la batería se incrementa a medida que se incrementan las horas de descarga, tal como observa a continuación:

Recordemos también, que la capacidad en AH de la batería, se puede verificar también en los gráficos de las curvas de descarga, tal como se observa:

Se tiene el ejemplo para esta batería, hay que anotar, que dependiendo del tipo de batería se tendrán valores de ciclaje diferentes.

Como se puede observar de la grafica, se concluye que: A mayor profundidad de descarga, menos ciclos de vida tiene la batería o a menor profundidad de descarga de la batería, mayor ciclo de vida posee la batería.

Analicemos este caso para una batería, de 200 AH a C20, que tienes las siguientes gráficas:

Como se puede analizar con descargas menores del 50% se tienen periodos de vida muy buenos de mas de 6,8 años; por esta razón se prefieren descargas menores o iguales al 50%, aunque esto depende también del tipo de batería.

Si a una batería de 200 AH, se le extraen 100 AH, significa que se descarga en un 50%, lo que no daría un ciclaje de vida aproximado de 2050 ciclos.

Ahora, si a la misma bateria solo se le extrae el 20% de su capacidad, o sea que se extraen 40 AH, entonces su nuevo ciclaje es de aproximadamente 3200 ciclos.

Veamos este otro ejemplo con otro tipo de baterías, para el caso de 12 voltios y de 200 AH a C20.

En la gráfica anterior se puede observar como se va incrementando el ciclo de vida de la batería a media que se reducen los porcentajes de descargas profundas, pero influyen en el tamaño del banco de baterías.

Por ejemplo si para un sistema se necesita una capacidad de 200AH a C2, entonces podemos usar una sola batería de este tipo, pero la estaríamos descargando al 100% con un ciclaje de 400 y por ende su periodo de vida sería de 1,2 años, cuando tendremos que reemplazarla por otra.

Pero si usamos cinco ( 5 ) baterías del mismo tipo, pero descargándolas al 20% cada una, nuestro banco tendría un ciclaje de 1750 y su periodo de vida se extiende a 5,1 años.

De esta forma hay que compensar los costos y el período de rotación o cambio de las baterías para seleccionar la mejor opción

Una forma de verificar un alto porcentaje de descarga de una batería está en la medida de la tensión final de sus bornes, para ello necesitamos la siguiente información: el número de celdas de la batería, la tensión de la batería, tal como se muestra:

Se necesita saber la tensión de la celda de la batería de acuerdo al porcentaje de descarga tal como se observa:

Como información adicional el ciclaje de acuerdo al porcentaje de descarga:

Ahora se determina la tensión que tiene la celda para una descarga del 75% que se considera alta:

Se va a determinar el valor de la tensión de los bornes de la batería al tener una descarga del 75%. Los valores de tensión de la tabla se refiere al de cada celda de la batería, como la batería posee 6 celdas, entonces la tensión final de la batería es:

Tensión batería = Tensión Celda * Numero de Celdas

Para una descarga del 75% para unas horas de trabajo de 20 horas, reemplazando los valores:

Tensión batería = 1,92 V * 6 = 11,52 V

Podemos estimar la siguiente tabla de valores de tensión final para este tipo de batería en el siguiente cuadro:

En conclusion:

• Se debe hacer una adecuado cálculo de las cargas a conectar a la batería.

• Las descargas mayores del 50% acortan sustancialmente el ciclaje y vida de la batería.

• Trabajar con bajos porcentajes de descarga de baterías, aumenta su periodo de vida, pero incrementa el numero de baterías y por consiguiente el costo del banco de baterías.

• Ejecute los mantenimientos periódicos a las baterías.

• Mantenga una buena ventilación del banco de baterías.

Ver video:

QUE SON LAS DESCARGAS PROFUNDAS EN LAS BATERIAS Y SU INFLUENCIA EN EL DISEÑO DE BANCOS DE BATERIAS

https://youtu.be/31E5heK4ejc

1.5. BATERIAS DE ACUERDO A LA CAPACIDAD EN TENSIÓN Y AMPERIOS – HORA ( AH )

Este tipo de baterías se pueden agrupar de acuerdo al voltaje y de acuerdo a la capacidad en amperios – hora que tenga ( AH ), este valor esta de acuerdo a las horas de prueba C10, C20, C24, C100, C120, etc

1.6. VERIFICACION DE LA CAPACIDAD DE UNA BATERIA

A continuación, se harán los procedimientos para determinar las características de una batería cuando se desee analizar su comportamiento.

En primer lugar, se obtiene los valores de la tensión nominal y del AH o amperios hora de la batería al regimen de trabajo especificado por el fabricante, de esta forma se puede calcular su energía promedio:

Se calcula ahora la corriente real máxima permitida por la batería para las horas de trabajo requeridas; para el ejemplo 10 horas, empleando el grafico de descargas. Para el número de horas de uso, se identifica la máxima corriente permitida por la batería y el porcentaje de descarga bajo esas condiciones, manteniendo una tensión mínima entre bornes de 11.5 voltios

Primero se verifica la curva de descarga a regimen de 10 horas ( C 10 ) y se identifica el valor de tensión a máxima descargas.

Para esta batería, se tiene una descarga prácticamente del 100 % cuando la tensión en los bornes de la misma es menor de lo 10,5 voltios.

Se verifica en la curva de descarga a regimen de 10 horas ( C 10 ), el tiempo máximo de descarga para mantener una tensión mínima de 11.5 voltios que equivale a una descarga de aproximada del 75%.

Se puede hacer una tabla de la cantidad de energía aprovechable dependiendo del porcentaje de descarga, tal como se observa:

Ahora estimamos la vida útil de la batería, sabiendo que la diseñamos para un descarga o profundidad de descarga, en este caso, del 30%; se analiza su curva:

Recordemos que:

Un ciclo es un periodo de carga y descarga de la batería; por lo general, se carga en el día y se descarga en la noche; por tanto se tiene un ciclo en un día. Por tanto una batería de 1020 a 1220 ciclos estaría para reemplazo en 2,8 a 3,4 años

Ver video:

VERIFICACION DE CAPACIDAD DE UNA BATERIA PARA SISTEMAS DE GENERACION SOLAR FOTOVOLTAICA

https://youtu.be/o2w5SJbLAeU

1.7. ARREGLOS DE BATERIAS EN SERIE, PARALELOS Y MIXTOS

Recordemos los resultados de las tensiones y los AH cuando hacemos conexiones en serie y paralelo de baterías, muy importantes para construir los bancos de baterías:

En relación de los AH, se tiene que:

Ahora veamos la construcción de los siguientes sistemas que exigen las siguientes condiciones:

Lo primero que hay que hacer es seleccionar una batería que satisfaga las condiciones de AH, para estos ejemplos se seleccionó una batería de 12 V y de 90 AH

A continuación, se construye el ramal base conectando tantas baterías en serie hasta obtener el voltaje requerido por el arreglo, para los sistemas requeridos de 12, 24, 36 y 48 voltios se tiene:

Para cada requerimiento, se adicionan tantos ramales en paralelo hasta obtener los AH requeridos por el banco, tal como se muestra:

Ver video:

PASOS PARA CONSTRUCCION DE UN BANCO DE BATERIAS EN GENERACION SOLAR FOTOVOLTAICA

https://youtu.be/ZOt5BsuPwxE

En lo relacionado con la verificación de la capacidad de un banco de baterías operativo, lo primero que hay que hacer es verificar la capacidad de una de las baterías, con el fin de obtener su tensión y capacidad en AH. Para el caso una batería de 12 Vdc y 90 AH. Ahora hay que determinar la distribución del arreglo de baterías.

Ahora hay que determinar el tipo de arreglo del banco de baterías, para ello, Identifique el ramal que contiene las baterías en serie y cuente el número de baterías que hay en ese ramal. El número de baterías en serie, es el coeficiente de la letra S, tal como se observa

Ahora, identifique el número de ramales que están en paralelo que conforman el arreglo de baterías; cuente el número de ramales. El número de ramales en paralelo es el coeficiente de la letra P.

Ahora hay que determinar la tensión total, los AH total y energía del arreglo, con ayuda de las formulas:

Veamos los resultados:

Calcule la energía aprovechable según el porcentaje de la descarga profunda:

Por último, calcule el periodo de vida del banco de batería a partir del análisis de una sola de sus baterías:

Ver video:

VERIFICACION DE CAPACIDAD DE UN BANCO DE BATERIAS EN GENERACION SOLAR FOTOVOLTAICA

https://youtu.be/_k75CLRGBe4

1.8. CALCULO Y CONFORMACION DE BANCOS DE BATERIAS SEGÚN REQUERIMIENTOS DE POTENCIA DE CARGAS

Para el inicio del cálculo, se requiere saber el tiempo de suso de los artículos eléctricos así como la potencia unitaria de cada uno de ellos. En la ficha técnica del equipo, determine su potencia en Watts; si no la tiene, busque su tensión de operación y corriente de operación. Multiplique estos dos valores para obtener la potencia en watts:

P = V * I

Donde:

P: Potencia en watts

V: Tensión de operación

I: Corriente en amperios

Para ello se necesita saber el numero de horas de operación del articulo y la cantidad de los mismos. Para el caso analizaremos cargas de tipo AC Y DC conectadas. Ejecuta una matriz como la mostrada para ello.

El consumo de energía se obtiene con la formula:

Energía consumida = Potencia en Watts * Tiempo operación en horas

Tomemos los datos del siguiente ejemplo:

· 6 bombillos de 20 watts cada uno que operan desde las 19:00 hasta las 23:00 horas.

· 4 bombillos de 40 watts cada uno que operan desde las 22:00 hasta las 05:00 horas.

· Un Tv de 80 watts plasma que opera desde las 18:00 hasta las 22:00 horas.

· Dos ventiladores de 80 watts cada uno que operan desde las 20:00 hasta las 06:00 horas

La tabla al llenarla con los datos quedaría conformada:

A continuación, se tienen las siguientes cargas DC:

· 4 BOMBILLOS de 20 watts cada uno que operan desde las 19:00 hasta las 6:00 horas.

· 2 MOTORES SOPLADORES de 20 watts cada uno que operan todo el dia.

Al relacionarlos en la tabla se tiene:

El objetivo ahora es hallar la energía que deben entregar o proporcionar el banco de baterías a las cargas, pero en esa transferencia de energía, hay unas pérdidas que son asumidas por las baterías y que se compensan con unos factores de corrección

El primer procedimiento a realizar es, calcular la energía que deben entregar las baterías a las cargas para su uso y como se dijo anteriormente, hay que tener en cuenta que hay perdidas desde que la energía sale de las baterías hasta que llegan a las cargas, por esta razón hay que calcular esas pérdidas con unos factores de corrección:

ENERGIA A PROVER POR BATERIAS ( Watts – Hr ) = ( CONSUMO ENERGÍA CARGAS AC * FACTORES DE CORRECCION CARGAS AC ) + ( CONSUMO DE CARGAS DC * FACTORES DE CORRECCION CARGAS DC)

Entre los factores de corrección se tienen:

· FACTOR DE VARIABILIDAD DE CARGAS Y TIEMPOS DE OPERACIÓN ( FVC ): Se aplica tanto a cargas AC como DC y se relaciona con un factor de seguridad que se adiciona para compensar cargas extras o tiempos prolongados a los dados por el cliente, como recomendación se da a este factor una adición de un 10% a 30%, para nuestro caso tomaremos un 20%, por tanto el FVC queda:

FVC = [ 1 + ( % VARIABILIDAD DE CARGAS O TIEMPOS DE OPERACIÓN / 100 % )] = [ 1 + ( 20%/100%)] = 1,2

ENERGIA A PROVER POR BATERIAS = ( CONSUMO DE ENERGIA CARGAS AC* FVC ) + ( CONSUMO DE ENERGIA DE CARGAS DC * FVC )

ENERGIA A PROVEER POR BATERIAS = ( 3520* 1,2 ) + ( 1840* 1,2 )

· FACTOR DE PERDIDAS ELECTRICAS POR EMPALMES Y CAIDAS DE TENSIÓN, ETC ( FPE ): Se aplica tanto a carga AC como DC y se relaciona con un factor de seguridad que se adiciona para compensar las pérdidas en empalmes, conexiones, longitudes de cable, como recomendación se da a un porcentaje de pérdidas de un 3% a 5%, para nuestro caso tomaremos unas pérdidas estimadas en un 5% y la ecuación FPE queda:

FPE = [ 1 + ( % PORCENTAJE DE PERDIDAS / 100 % )] = [ 1 + ( 5%/100%)] = 1,05

ENERGIA A PROVEER POR BATERIAS = ( CONSUMO DE ENERGIA CARGAS AC * FVC * FPE ) + ( CONSUMO DE ENERGIA DE CARGAS DC * FVC * FPE )

ENERGIA A PROVEER POR BATERIAS = ( 3520* 1,2 * 1,05 ) + ( 1840* 1,2 * 1,05 )

· FACTOR DE EFECTO EFICIENCIA DEL INVERSOR ( FEI ) : Se aplica sólo a cargas de tipo AC debido a que en el proceso de conversión en el inversor hay una pérdida del 10% al 15%, dependiendo del tipo de inversor así como el consumo de operación del inversor. Si la carga es de tipo DC, este factor es igual a 1. Para el caso se trabajará con eficiencias en el inversor del 90% al 95% que habrá que compensar; por tanto, si la eficiencia del inversor es del 90%, el FEI:

FEI = [ ( 100% / % EFICIENCIA INVERSOR ) ] = [ ( 100% / 90% ) ] = 1,1

ENERGÍA A PROVEER POR BATERIAS = ( CONSUMO DE ENERGIA CARGAS AC* FVC * FPE * FEI ) + ( CONSUMO DE ENERGIA DE CARGAS DC * FVC * FPE )

ENERGÍA A PROVEER POR BATERIAS = ( 3520* 1,2 * 1,05 * 1,1 ) + ( 1840* 1,2 * 1,05 )

· FACTOR DE EFICIENCIA DEL REGULADORES ( FER ) : Se aplica tanto a cargas AC como DC se usa para compensar la energía que se toman de la batería para alimentar el controlador o regulador, por lo general este consumo esta en función de la eficiencia del mismo, estos valores de eficiencia están desde un 90% hasta un 98% para el caso tomaremos una eficiencia de un 95%, por tanto el FER queda:

FER = [ ( 100% / % EFICIENCIA REGULADOR )] = [ ( 100% / 95% ) ] = 1,05

ENERGÍA A PROVEER POR BATERIAS = ( CONSUMO DE ENERGIA CARGAS AC * FVC * FPE * FEI * FER ) + ( CONSUMO DE ENERGIA DE CARGAS DC * FVC * FPE * FER )

ENERGIA A PROVEER POR BATERIAS = ( 3520* 1,2 * 1,05 * 1,1 * 1,05 )+ ( 1840* 1,2 * 1,05 * 1,05 )

· FACTOR DIAS DE AUTONOMIA DE LA BATERIA ( FDA ): Se aplica tanto a cargas AC como DC y tiene que ver con el tiempo de operación de las baterías en caso ausencia de luz solar; depende del sitio y tiene valores de 1 ( sitios muy soleados ), hasta tres días de autonomía ( sitios poca luz solar ), estos días van a afectar nuestra fórmula con el factor FDA, cuyo valor es 1 para un día de autonomía, 2 para dos días de autonomía y 3 para tres días de autonomía. Para el caso tomaremos un día y medio de autonomía, por tanto el FDA = 1,5; La fórmula general queda:

ENERGIA A PROVEER POR DE BATERIAS = (CONSUMO DE ENERGIA CARGAS AC * FVC * FPE * FEI * FER * FDA )+ ( CONSUMO DE ENERGIA DE CARGAS DC * FVC * FPE * FER * FDA )

ENERGIA A PROVEER POR BATERIAS = ( 3520* 1,2 * 1,05 * 1,1 * 1,05 * 1,5 )+ ( 1840* 1,2 * 1,05 * 1,05 * 1,5 )

· FACTOR DE EFICIENCIA DE LA BATERIA ( FEB ): Se aplica tanto a cargas AC como DC; las baterías no son máquinas perfectas las cuales poseen perdidas en el proceso de conversión de la energía química a la eléctrica; estas baterías poseen eficiencias del 90 al 98%. Para el caso se tomará una eficiencia del 90% y la fórmula general queda:

FEB = [ (100% / % EFICIENCIA BATERIA ) ] = [ ( 100% / 90% ) ] = 1,1

ENERGÍA A PROVEER POR BATERIAS = (CONSUMO DE ENERGIA CARGAS AC * FVC * FPE * FEI * FER * FDA * FEB )+ ( CONSUMO DE ENERGIA DE CARGAS DC * FVC * FPE * FER * FDA * FEB)

ENERGIA A PROVEER POR BATERIAS = ( 3520* 1,2 * 1,05 * 1,1 * 1,05 * 1,5 * 1,1 ) + ( 1840* 1,2 * 1,05 * 1,05 * 1,5 * 1,1)

ENERGIA A PROVEER POR BATERIAS = 12469 Watts - Hr

Con relación a los anteriores factores, podemos concluir que:

El valor anterior ( ENERGIA A PROVEER POR BATERIAS = 12469 Watts - Hr ) corresponde a la entrega de la energía de las baterías al sistema; pero recordemos que las baterías NO se pueden descargar por completo ( Descarga del 100 % ) si no que hay que usar un porcentaje de esa total de su capacidad, por esta razón para calcular la capacidad energética total del banco de baterias, hay que adicionar un séptimo factor de corrección, por tanto:

Para hallar la capacidad total energética que necesita tener el banco de baterías:

CAPACIDAD TOTAL ENERGIA BANCO DE BATERIAS ( WATTS – HR ) = ENERGIA A PROVEER POR BATERIAS * FDP

· FACTOR DE DESCARGAR PROFUNDAS DE LA BATERIA ( FDP ): Se aplica tanto a cargas AC como DC y se refiere al porcentaje de descarga de energía que se pretende obtener de la batería o banco de baterías para su buen funcionamiento y durabilidad. Se recomiendan descargas profundas de máximo un 60%. Lo recomendado es que sean menores del 50%, según el tipo de batería a escoger. Para el ejemplo se usará un porcentaje de descarga del 40%.

FDP = [ ( 100% / % DESCARGA BATERIA)] = [ ( 100% / 40%) ] = 2,5

CAPACIDAD TOTAL ENERGIA BANCO DE BATERIAS = ENERGIA A PROVEER POR BATERIAS * FDP

CAPACIDAD TOTAL ENERGIA BANCO DE BATERIAS = 12469 * 2,5 = 31172,5 Watt - Hr

El objetivo es el de hallar los AH ( amperios hora ) requeridos por el banco de baterías para hallar la unitaria. Recordemos que:

ENERGIA TOTAL BATERIAS = POTENCIA BATERIA * TIEMPO USO BATERIA

ENERGIA TOTAL BATERIAS = TENSION BATERIA * CORRIENTE BATERIA* TIEMPO USO BATERIA

ENERGIA BATERIAS = TENSION * CAPACIDAD EN AH BATERIA

Despejando la capacidad en AH se tiene que:

CAPACIDAD TOTAL BANCO BATERIAS EN AH = ( CAPACIDAD TOTAL ENERGIA BANCO BATERIAS EN WATTS-HR / TENSION TOTAL BANCO BATERIA )

Ahora hay que seleccionar el voltaje de operación que tendrá el banco de baterías, ya sea de 12, 24, 36 o 48 Vdc; para efectos del ejercicio se calculan para todos las tensiones:

Para la estructuración del banco de baterías tenga en cuenta las siguientes recomendaciones:

· Para sistemas que requieren AH menores de 600, se pueden usar un buen rango de tensiones desde los 12, 24, 36 Y 48 DC con baterías con tensiones unitarias de 6 a 12 voltios

· Para sistemas que requieran AH mayores de 600, se recomienda el uso de baterías de vaso del orden de 2 o de 6 VDC, con gran capacidad de corriente. Para el caso se harán montajes de baterías en serie o mixtos si son requeridos, a tensiones de 12 VDC y 24 VDC.

· Trate no de tener mas de tres ramales en paralelo

A continuación veamos los siguientes ejemplos:

ESTRUCTURACION DEL BANCO DE BATERIAS A 12 VDC CON BATERIAS DE 12 VDC

Este sistema necesita 2596,6 AH, podemos comenzar el análisis con baterías de 12 vdc y desde los 100, 150, 200, 250 y 300 AH, para el ejemplo se selecciona la de 300 AH:

Como el sistema es a 12 Vdc, no se necesitan tomar baterías en serie, por tanto todo el sistema es de baterías en paralelo, para cumplir con el requerimiento de 2596,6 AH, se necesitan mínimo 9 baterías en paralelo para un arreglo para un total de 2700 AH:

DISTRIBUCION: 1S 9P

El sistema anterior posee la desventaja que tienen muchas baterías en paralelo, por lo cual no se recomienda trabajar con este tipo de sistema.

ESTRUCTURACION DEL BANCO DE BATERIAS A 12 VDC CON BATERIAS DE 2 a 6 VDC

Podemos comenzar el análisis con baterías de 2 o 6 vdc y desde los 1300 AH, se selecciona la batería de 6V y 1300 AH.

Para suplir la tensión de 12 Vdc, se necesitan dos baterías en serie, y la capacidad de corriente de 2596,6 AH la suplen dos ramales en paralelo de 1300 AH cada uno:

DISTRIBUCION: 2S2P

En el caso anterior, es una buena opción, porque se tiene 4 baterías y sólo dos ramales en paralelo.

ESTRUCTURACION DEL BANCO DE BATERIAS A 24 VDC CON BATERIAS DE 12 VDC

Este sistema necesita 1297,8 AH, podemos comenzar el análisis con baterías de 12 vdc y desde los 100, 150, 200, 250 y 300 AH, para el ejemplo se selecciona la de 300 AH.

Como el sistema es a 24 Vdc, se necesitan tomar dos baterías en serie; para cumplir con el requerimiento de 1297,8 AH, se necesitan mínimo 4 subarreglos con baterías de 300 AH:

DISTRIBUCION: 2S4P

En el caso anterior, aun se poseen 8 baterías y 4 ramales en paralelo, que no es lo recomendado, por tanto no se recomienda este sistema.

ESTRUCTURACION DEL BANCO DE BATERIAS A 24 VDC CON BATERIAS DE 2 A 6 VDC

Podemos comenzar el análisis con baterías de 2 o 6 vdc y desde los 600 AH hasta los 1300 AH, se selecciona la batería de 6V y 1300 AH.

Para suplir la tensión de 24 Vdc, se necesitan cuatro baterías en serie, y la capacidad de corriente de 1297,8 AH la suplen estas cuatro y no es necesario otro ramal en paralelo:

DISTRIBUCION: 4S1P

En el caso anterior, tenemos 4 baterías sin ramales en paralelo, lo cual es excelente y es un buen arreglo.

ESTRUCTURACION DEL BANCO DE BATERIAS A 48 VDC CON BATERIAS DE 12 VDC

Este sistema necesita 648,9 AH, podemos comenzar el análisis con baterías de 12 vdc y desde los 100, 150, 200, 250 y 300 AH, para el ejemplo se selecciona la de 300 AH.

Como el sistema es a 48 Vdc, se necesitan tomar cuatro baterías en serie; para cumplir con el requerimiento de 648,9 AH se necesitan mínimo dos ramales o subarreglos con baterías de 300 AH:

DISTRIBUCION: 4S2P

En este arreglo se poseen aun 8 baterias y dos ramales en paralelo; sin embargo se poseen aun muchas baterías.

ESTRUCTURACION DEL BANCO DE BATERIAS A 48 VDC CON BATERIAS DE 2 A 6 VDC

Podemos comenzar el análisis con baterías de 2 o 6 vdc y desde los 600 AH hasta los 1300 AH, se selecciona la batería de 6V y 700 AH.

Para suplir la tensión de 48 Vdc, se necesitan ocho baterías en serie, y la capacidad de corriente de 649,8 AH la suplen estas ocho y no es necesario otro ramal en paralelo:

DISTRIBUCION: 8S1P

En este arreglo, se tienen 8 baterías , todas en serie, pero de menor capacidad en AH, es un buen sistema si se requiere que el sistema sea a 48 voltios.

Ver video:

CALCULO DE CAPACIDAD DE BATERIAS EN SISTEMAS DE GENERACION SOLAR FOTOVOLTAICOS AISLADOS

https://youtu.be/wWPzDlJVRDw

1.9. CONEXIÓN DE BATERIAS Y BANCOS DE BATERIAS

La correcta conexión del cableado entre baterías , barrajes y el regulador es fundamental para la eficiencia del sistema, aquí hay unas recomendaciones para conexión de los mismos:

• Usar la menor longitud posible de cable entre regulador y baterías.

• Si hay conexiones en serie o paralelo, las uniones entre bornes entre batería y batería deben ser del mismo grosor y longitud.

• Para conexión de baterías en paralelo, hay que tener en cuenta que el recorrido que hace la corriente para entrar y salir de cada batería sea igual :