Les bateries solars són acumuladors elèctrics per emmagatzemar l'energia elèctrica generada per una placa fotovoltaica en una instal·lació d'energia solar. De vegades, també se les coneix com bateries fotovoltaiques.
Les bateries són dispositius electroquímics que utilitzen energia química per emmagatzemar o alliberar electricitat. En les bateries convencionals, els reactius s'introdueixen durant la fabricació de la bateria. Quan les bateries s'esgoten, el voltatge ha de debilitar i la bateria ha de reemplaçar-se.
Les bateries solars s'utilitzen per poder emmagatzemar l'energia elèctrica generada per les plaques solars fotovoltaiques en les hores de major radiació solar. D'aquesta manera, més tard es pot utilitzar durant la nit o en dies ennuvolats.
L'ús de bateries també permet proveir una intensitat de corrent superior que la que pot oferir un panell fotovoltaic en funcionament. Aquest seria el cas si s'utilitzessin diversos aparells elèctrics en un mateix instant.
La majoria dels kits solars oferts en el mercat del sector fotovoltaic inclouen les bateries.
No totes les instal·lacions fotovoltaiques disposen de bateries. De vegades, és preferible subministrar tota l'energia elèctrica generada per les plaques solars a la xarxa elèctrica. De fet, les grans instal·lacions elèctriques que utilitzen energies renovables estan connectades a la xarxa elèctrica.
Com està formada una bateria solar?
Una bateria consta de petits acumuladors elèctrics de 2V integrats en el mateix element. Les bateries subministren corrent continu a 6, 12, 24 o 48V. L'acumulador és la cel·la que emmagatzema energia a través d'un procés electroquímic.
Per exemple, quan parlem d'una bateria de 12 volts, ens referim a un conjunt en sèrie de 6 cel de plom-àcid de 2 volts cadascuna. Les bateries monoblock són bateries compostes per diverses cel·les de 2V formant un sol bloc.
Les bateries estacionàries, també conegudes com acumuladors solars, són bateries compostes per elements de 2 volts connectats en sèrie fins a aconseguir la tensió de treball desitjada per a la instal·lació solar.
Les bateries de 6V s'utilitzen en instal·lacions fotovoltaiques de petita i mitjana grandària.
Com funcionen les bateries solars?
Les bateries tenen la funció d'aportar energia elèctrica a sistema en el moment en que els panells fotovoltaics no generen l'electricitat necessària. Per exemple, durant la nit o en moments de poca lluminositat.
En el moment en que els panells solars poden generar més electricitat que la demandada pel sistema elèctric tota l'energia demandada és subministrada pels panells i la sobrant s'utilitza per carregar les bateries.
Les bateries transformen l'energia elèctrica que rep dels mòduls fotovoltaics en energia química. Aquesta conversió la realitza a partir de la reacció que es produeix quan dos materials diferents, com els de les plaques positiva i negativa, se submergeixen en l'electròlit. L'electròlit és una solució d'àcid sulfúric i aigua.
L'electricitat flueix des de la bateria quant hi ha un circuit elèctric connectat entre els pols positiu i negatiu.
A mesura que la bateria es va descarregant, la composició de l'plom de les plaques és més semblant. En aquest moment, disminueix la densitat de l'àcid i la tensió entre borns disminueix.
La capacitat d'sotmetre a un procés de càrrega i descàrrega constant es coneix com a resistència als cicles d'una bateria.
Què cal tenir en compte abans de comprar una bateria solar?
Característiques més importants a l'hora d'escollir una bateria o un kit solar:
-
Capacitat. La capacitat és la intensitat de corrent en ampers (A) que es pot obtenir d'una descàrrega completa de l'acumulador elèctric quan aquest té un estat de càrrega total.
-
Eficiència de càrrega. L'eficiència de càrrega és la relació entre l'energia utilitzada per omplir l'acumulador i la realment emmagatzemada. Per tant, com més proper al 100% millor.
-
Autodescàrrega. La autodescàrrega és el procés d'un acumulador elèctric que sense estar en ús tendeix a descarregar-se.
-
Profunditat de descàrrega. La profunditat de descàrrega és la quantitat d'energia que s'obté durant una descàrrega estant en càrrega total (%).
Quina és la vida útil d'una bateria solar?
La vida útil d'una bateria per a instal·lacions solars sol ser d'uns 10 anys.
No obstant això, si es realitzen descàrregues freqüents de forma profunda (> 50%) la seva vida útil cau en picat. Per tant, és convenient instal·lar la capacitat suficient perquè no se superi el 50% de la descàrrega.
Un altre factor molt important és la temperatura. Si la temperatura es manté entre 20 i 25ºC la vida útil rondarà els 10 anys. Per contra, si la temperatura es veu alterada en 10ºC, la vida útil pot reduir-se fins a la meitat.
Quins són els tipus de bateries solars més utilitzats?
Les bateries es classifiquen segons el tipus de tecnologia de fabricació així com dels electròlits utilitzats.
Els tipus de bateries solars més utilitzades en instal·lacions fotovoltaiques són les bateries d'àcid-plom, per la relació de preu per energia disponible. La seva eficiència està entre un 85-95%, mentre que les Ni-Cad en un 65%.
Segurament les millors bateries serien les de liti, les que s'utilitzen en els mòbils. No obstant això, la bateria de liti no és viable econòmicament per a aquesta aplicació.
Bateries d'àcid-plom per a aplicacions solars
Les bateries d'àcid-plom són les bateries recarregables més antigues. Aquestes bateries tenen la capacitat de lliurar altes intensitats de corrent, per tant, les seves cel·les tenen una alta densitat de potència.
Aquesta característica i el seu baix preu les converteixen en adequades per a moltes aplicacions, en especial en l'energia solar, per als kits solars, i per als vehicles de motor. Després de tot, són capaços d'oferir l'alta intensitat que necessiten els motors d'arrencada.
Com que són més barates que qualsevol altre tipus de bateria, les bateries de plom-àcid s'utilitzen àmpliament. No obstant això, aquestes bateries tenen una densitat d'energia baixa en termes de volum i pes.
Llavors, si es vol acumular grans quantitats d'energia, la mida de la bateria haurà de ser molt gran. Per aquesta raó, no seria la millor opció per a aplicacions que requereixen un desplaçament. Normalment, s'utilitzen en espais grans.
Es poden fer servir per emmagatzemar fonts d'aliments segures, com torres de telefonia cel·lular, hospitals, instal·lacions solars i sistemes elèctrics aïllats.
Totes les bateries d'àcid-plom fallen prematurament quan no són recarregades completament després de cada cicle.
Si una bateria d'àcid-plom es deixa descarregada (durant dies) en algun moment, provocarà una pèrdua permanent de la seva capacitat.
Bateries líquides - electròlit líquid
Les bateries líquides emmagatzemen l'energia mitjançant un combustible recarregable compost d'elèctrodes o nanopartícules. Aquest combustible es presenta en estat líquid.
Hi ha dos tipus de bateries líquides:
-
De forma oberta, amb tapes que permeten el canvi de l'aigua.
-
De manera segellada, que són tancades però amb vàlvules que permeten les sortides dels possibles gasos durant càrregues excessives.
Avantatges de les bateries líquides
-
Les més antigues
-
La seva producció permet preus econòmics.
-
Són menys problemàtiques a les sobrecàrregues.
desavantatges
-
Hi ha el perill de perdre líquid (agressiu).
-
Solen tenir una vida útil curta, entre 400 cicles de càrrega i descàrrega.
-
Temperatures molt baixes poden destruir-les ràpidament.
Bateries AGM: bateria de vidre d’absorció
Són les bateries més modernes i l'àcid està fixat en fibres de vidre que l'absorbeix. En aquest tipus de bateries l'àcid s'absorbeix millor i més ràpid per plaques de plom de la bateria.
Gairebé totes les bateries AGM són de vàlvula regulada: VRLA (valve regulated lead acid)
Tenen tots els avantatges de les de gel, a més dels següents:
Avantatges de les bateries AGM:
-
Bona vida útil.
-
Més resistència a climes freds.
-
El seu acte descàrrega és mínima: quan no s'està utilitzant les pèrdues d'energia són mínimes.
-
Baixa resistència interna que permet corrents altes.
-
De cicle profund, és a dir, estan dissenyades per a ser descarregades repetidament fins a un 80% de la seva capacitat.
Desavantatges de l'ús de les bateries AGM:
-
Preu més elevat.
Cada vegada més es tendeix a les bateries de plom AGM. Tenen el seu millor relació vida / preu. Si maneig és més senzill.
Per a algú que pugui assegurar l'atenció necessària, la bateria líquida pot ser la millor opció. Sobretot tenint en compte el preu.
Què vol dir que una bateria és de cicle baix o profund?
Hi ha dos tipus de bateries segons el seu cicle:
-
Bateries de cicle baix
-
Bateries de cicle profund
Bateries de cicle baix
Les bateries de cicle baix estan dissenyades per suplir una quantitat de corrent per un curt període de temps i suportar petites sobrecàrregues sense perdre electròlits, com en el cas de les d'automòbils.
No obstant això, aquestes bateries no suporten descàrregues profundes. Si són descarregades repetidament per sota de l'20%, s'escurça la seva vida útil considerablement. Per tant aquestes bateries no són una bona elecció per a sistemes solars fotovoltaics.
Bateries de cicle profund
Aquest model de bateries estan dissenyades per ser descarregades repetidament fins a un 80% de la seva capacitat. Aquesta característica les converteix en la millor opció per a sistemes d'energia solar.
Quin impacte tenen les bateries solars a el medi ambient?
Les bateries són un residu especial, tòxic i perillós. Les bateries solars mai han de llençar a les escombraries directament. La seva recollida s'ha de fer de manera temàtica per a dur-los a un lloc adequat de reciclatge.
Les bateries tenen una alta capacitat contaminant i el reciclatge implica controlar aquesta capacitat. Per exemple, el mercuri en una pila de botó pot contaminar dos milions de litres d'aigua; això planteja greus riscos, fins i tot per a la salut. Facilita l'aprofitament de les matèries primeres contingudes en les bateries.
Després de deixar les bateries en les bugaderies i altres conjunts, les bateries es duen a centre de reciclatge; on es recupera mercuri i altres metalls (zinc, cadmi, plom, plata).
Resum
Les bateries solars són magatzems d'electricitat. Emmagatzemen l'electricitat generada pels panells solars en moments de baixa demanda i la subministren en moments de més demanda.
Aquests elements són capaços de transformar l'energia elèctrica en energia química en el moment de càrrega. En el moment de la descàrrega transformen, de nou, l'energia química en electricitat.