GUIA DE TRABAJO: EL ACUMULADOR FOTOVOLTAICO

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1 GUIA DE TRABAJO: EL ACUMULADOR FOTOVOLTAICO El correcto abastecimiento energético de la aplicación exige, por lo tanto, poder almacenar energía cuando la producción fotovoltaica excede a la demanda, para utilizarla en la situación contraria. Llamaremos ACUMULADOR al elemento que se encarga de realizar esta función. ACTIVIDAD PRACTICA: EL ACUMULADOR FOTOVOLTAICO

2 Finalidad Selección del Acumulador Guía de Trabajo: EL ACUMULADOR FOTOVOLTAICO Actividad práctica: Selección del acumulador Durante el proceso de diseño del proyecto de una instalación de energía solar, tendrás que seleccionar los equipos y materiales que componen la instalación. Para la selección de estos equipos y materiales, deberás manejar la documentación técnica suministrada por el fabricante, seleccionando aquellos que cumplan las condiciones obtenidas durante el diseño. Uno de los elementos que tendrás que seleccionar es el acumulador, a partir de la capacidad necesaria y de la tensión de trabajo de la instalación, teniendo en cuenta su peso, dimensiones y accesorios necesarios para su instalación. En esta actividad se va a explicar el procedimiento para seleccionar el sistema acumulador, eligiendo un determinado fabricante y un modelo determinado a partir de la documentación técnica suministrada por el mismo. Además, tendrás que considerar una serie de accesorios necesario como: Regletas aislantes y Cables de conexiones. Objetivos 1. Interpretar la documentación técnica suministrada por el fabricante. 2. Conocer los parámetros que debes tener en cuenta a la hora de seleccionar el Acumulador. 3. Saber el estado de carga de una batería en función de la densidad del electrolito. 4. Entender la importancia del control periódico de los niveles. Marco Teórico La naturaleza de la radiación solar es intrínsecamente variable en el tiempo ya que, por un lado, está sometida al ciclo diario de los días y las noches; por otro, al ciclo anual de las estaciones y, por último, a la variación aleatoria del estado de la atmósfera (nubes, etc.). Como consecuencia de ello, son muchos los momentos en los que la potencia eléctrica que puede entregar un generador fotovoltaico difiere, por exceso o por defecto, de la que demanda una determinada aplicación. El correcto abastecimiento energético de la aplicación exige, por lo tanto, poder almacenar energía cuando la producción fotovoltaica excede a la demanda, para utilizarla en la situación contraria. Llamaremos ACUMULADOR al elemento que se encarga de realizar esta función. El abanico de posibles acumuladores de energía es muy amplio (volantes de inercia que acumulan energía cinética, depósitos de agua que acumulan energía potencial, almacenamiento de aire comprimido, almacenamiento de hidrógeno, acumuladores de energía magnética en superconductores, acumuladores electroquímicos, etc.). Sin embargo, las disponibilidades del mercado actual hacen que para el mundo de los sistemas fotovoltaicos, tales posibilidades se reduzcan a la acumulación electroquímica, es decir, a la batería recargable, común y corriente. Esta regla tiene su excepción en los sistemas destinados a bombear agua, en los que generalmente se sustituye el almacenamiento de energía por el de la propia agua. 1

3 SELECCIÓN DEL ACUMULADOR Baterías estacionarias Figura 1. Esquema Acumulación de Energía Son las más adecuadas para los usos fotovoltaicos debido a su larga vida y a su excepcional Capacidad de funcionamiento en regímenes descarga y descarga lentas. Los modelos que comercializa ATERSA son: Monobloc transparente (SGF) Elementos de 2V transparentes (EAN) Monobloc translúcido (RO) Elementos de 2V translúcidos (TSE) Las ventajas de los acumuladores compuestos por elementos independientes son la facilidad de sustitución de los mismos en caso de avería, y una mayor capacidad de reserva de electrolito, lo que se traduce en un bajo mantenimiento. Los monobloc ocupan muy poco espacio, se instalan rápidamente y, al mismo tiempo, son muy robustos y compactos.en cuanto a la diferencia entre las baterías estacionarias translúcidas y transparentes se limita al aspecto del recipiente, sin afectar a las características de funcionamiento. El proceso de carga de la batería Figura 2. Esquema ilustrativo de una batería estacionaria En el proceso de carga de una batería, si una o todas las celdas se sobrecargan, el exceso de iones hidrógeno y de iones oxígeno se convierte en gases que escapan, reduciéndose el nivel de agua del electrolito. Esto sucede también durante la carga normal aunque en menor grado. Este hecho puede provocar que, la cantidad de agua se reduzca a un punto 2

4 en el que el nivel del electrolito sea demasiado bajo y el contenido relativo de ácido sulfúrico sea excesivo. Esto hace que las áreas expuestas de los electrodos se sulfaten más rápidamente y el electrolito, excesivamente concentrado, ataque al miembro de soporte de la celda, el cual no debe reaccionar con la solución. El nivel del electrolito debe revisarse periódicamente y agregarse agua destilada para mantener el nivel aproximadamente a un centímetro por encima de las placas de los electrodos. En las baterías de plomo-ácido, la naturaleza química del electrolito depende del estado de carga en que se encuentra la celda o vaso. Cuando la celda está totalmente cargada, el electrolito tiene un alto contenido de ácido sulfúrico y cuando la celda está descargada queda escaso ácido sulfúrico en el electrolito. Por lo tanto se pueden hacer pruebas en el electrolito para determinar el estado de carga de cada vaso. Como el ácido sulfúrico es más denso que el agua, también lo será una mezcla de éste con agua. Un método sencillo para comprobar el estado de carga será el de medir la densidad del electrolito. Las densidades altas corresponden pues a estados de carga altos y densidades bajas a estados de carga bajos. Sin embargo, debe tenerse presente que la densidad del ácido sulfúrico varía según la temperatura, por lo que, para ser estrictos, de debería tomar la temperatura del electrolito junto a la densidad de éste y hacer las correcciones que fueran pertinentes. PARAMETROS DE BATERIAS Figura 3. Parámetros de los Módulos FV ASOCIACIÓN DE ACUMULADORES Para obtener mayores capacidades, (amperios/hora) y tensiones superiores a la que nos proporciona una sola batería, será necesario conectar varias (dos o más) en serie o paralelo. Es muy importante que todos ellas posean características eléctricas iguales. Para ello, se seleccionan del mismo fabricante y del mismo modelo. 3

5 Salvo en el caso de sustitución de baterías averiadas, No mezclar baterías nuevas con otras más viejas. CONEXIÓN EN PARALELO Para obtener una capacidad en amperios/hora superior a la de un solo acumulador, es necesario conectar varios (dos o más) en paralelo. Para conectar varios (dos) en paralelo, se realizarán en el modo de cargas cruzadas, esta conexión facilita una descarga homogénea de ambas. No se recomienda conectar en paralelo más de dos acumuladores, ya que si uno de ellos sufre un cortocircuito, el resto al quedar también en cortocircuito, se descargarán completamente. Provocando un deterioro que puede ser irreversible en todos ellos. Figura 4. Esquema de conexión en Paralelo. CONEXIÓN EN SERIE Para obtener una tensión superior a la de un solo acumulador, es necesario conectar varios (dos o más) en serie. Una instalación FV que deba funcionar a 24 V, necesita 2 acumuladores conectados en serie o unir 12 vasos de 2 V, en serie. Una instalación FV que deba funcionar a 48 V, necesita 4 acumuladores conectados en serie o unir 24 vasos de 2 V, en serie. Figura 5. Esquema de conexión en Serie. 4

6 CONEXIÓN EN SERIE Y PARALELO En este caso la tensión deseada se obtendrá asociando varios acumuladores en serie. Este conjunto forma una rama del sistema de acumulación. La capacidad deseada se obtendrá asociando en paralelo un número determinado (nr) de ramas formadas por acumuladores en serie. Siempre deberemos realizar las conexiones de forma cruzada Materiales Figura 6. Esquema de conexión Mixta. 1. Módulo didáctico de trabajo 2. Acumuladores fotovoltaicos (2), CAPSA CA V/120Ah 3. Cables de conexión. Instrumentos de Medición 1. Multímetro digital (Fluke serie 170) 2. Densímetro 3. Guantes y gafas de protección 4. Catálogos técnicos de acumuladores. Procedimiento Se desea seleccionar una batería a partir de los datos de capacidad necesaria obtenidos durante el diseño del proyecto y la tensión de trabajo de la instalación. En este caso tomaremos C = 500 Ah. y la tensión de trabajo V= 24 Vcc. A partir de la capacidad de acumulador necesaria y la tensión de trabajo de la instalación seleccionar un fabricante. En esta actividad se han seleccionado los fabricantes, CAPSA. Elegir el tipo de batería a utilizar (monobloque o vasos) de la capacidad más próxima a la capacidad deseada. Estudiar las diferentes posibilidades, teniendo en cuenta: las características técnicas, físicas y el precio. 5

7 Elegir un modelo de batería y comprobar que el espacio que ocupa dentro de la instalación. Seleccionar los accesorios necesarios: Bandeja aislante, latiguillos de conexión etc. Nota: Recuerda que no se deben conectar más de dos baterías en paralelo. Comprobar el nivel de cada uno de los vasos de la batería. En caso de estar bajo añadir agua destilada hasta que el electrolito cubra 1cm las placas. Ver (fig.7). Una vez realizada la operación anterior, con un densímetro, mirar la densidad de cada uno de los vasos, anotando los resultados en las casillas de la tabla 1, para poder establecer: Que no hay ninguno averiado. El estado de carga de cada uno de ellos. Ver (fig. 8). Obligatorio el uso de protecciones. Medir la tensión resultante en bornes de la batería. Ver la relación existente entre tensión y densidad. Repetir el proceso para otra batería con diferentes características y estado de carga. Fig. 7 Comprobación del nivel del electrolito Fig. 8 Comprobación de la densidad del electrolito 6

8 Batería Modelo 1 Tensión Densidad Tabla 1. Valores medidos con el densímetro y el voltímetro Tabla1. Asignación de Datos. 6 Carga CUESTIONARIO 1) En tiempo frío, para evitar que el electrolito se congele, qué es mejor, que la batería esté totalmente cargada o descargada? Por qué? 2) Si la batería debe permanecer largo tiempo sin ser utilizada, qué es mejor, que la batería esté totalmente cargada o descargada?. Por qué?. 3) Que factores influyen en la vida útil de la batería? Por qué?. 4) En una instalación fotovoltaica hay conectada una batería estacionaria de 120 Ah/C10. Se desea alimentar un consumo de 200 W /12V. Sería correcta la batería existente? Informe Cada estudiante presenta los resultados, datos, graficas, análisis y problemas Presentados durante la práctica. Conclusiones Cada estudiante presenta apreciaciones y análisis general del trabajo realizado. Bibliografía Enlaces que sirven como guía al estudiante. 7

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