Menu

Panells d'energia
solar fotovoltaica

Acumuladors d'energia elèctrica

Acumuladors d'energia elèctrica

A les instal·lacions autònomes de subministrament d'electricitat, cal emmagatzemar l'energia captada durant les hores de radiació solar a fi de poder cobrir el subministrament durant les hores en què no hi ha (cicle diari i cicle estacional).

Característiques dels acumuladors:

  • Els acumuladors elèctrics tenen una funció molt important i fonamental en el bon funcionament i en la durada d'una instal·lació solar fotovoltaica.
  • Han de tenir prou capacitat per assegurar el subministrament d'electricitat durant períodes de núvols (autonomia de la instal·lació).
  • Es tracta de sistemes electroquímics basats en reaccions químiques reversibles que tenen lloc al seu interior.

Quins són els paràmetres principals d'un acumulador elèctric?

    Els principals paràmetres d'un acumulador d'energia elèctrica són:

    • La capadidad: la capadicad Axima que pot emmagatzemar.
    • Profunditat de descàrrega
    • Vida útil
    • Autocàrrega

    capacitat

    La capacitat és la màxima quantitat d'electricitat que pot emmagatzemar. A la pràctica, i per evitar danys irreversibles a la bateria, només pot proporcionar una part de la capacitat total, que anomenem capacitat útil.

    La capacitat útil depèn de el tipus d'acumulador i de les condicions de treball, però sol tenir valors des del 30% fins a més de l'90% (en acumuladors alcalins de bona qualitat) de la capacitat màxima. La quantitat d'electricitat que pot proporcionar un acumulador també depèn de el temps de descàrrega, de manera que la capacitat serà més gran com més lentament es produeixi la descàrrega.

    La capacitat de la bateria s'expressa en amperes hora (Ah). Amb la notació C5, C25, C100 es representa el temps de descàrrega en hores, respectivament 5, 25 o 100 (C5 = descàrrega en 5 hores). Aquests valors ens donen el nombre d'hores durant les quals teòricament podríem disposar d'una intensitat de corrent determinat procedent de l'acumulador.

    Profunditat de descàrrega

    La profunditat de descàrrega és el tant per cent sobre la capacitat màxima de l'acumulador que es pot extreure de la bateria en condicions normals. És un terme molt variable que depèn molt de l'tipus d'acumulador i que influeix en la seva vida útil.

    Què és la vida útil d'un acumulador d'energia?

    La vida útil sol mesurar en cicles (més que en anys), de manera que un cicle és un procés complet de càrrega-descàrrega (fins a arribar a la profunditat de descàrrega recomanada). Si suposem un cicle mitjà d'un cicle per dia i un acumulador ben mantingut, hauria de durar un mínim de 10 anys.

    Autocàrrega

    Autodescàrrega: és un fenomen pel qual un acumulador, per causes diverses, es descarrega lentament però de manera contínua encara que no estigui connectat a un circuit extern.

    Quins són els tipus d'acumuladors elèctrics?

    Podem diferenciar diferents tipus d'acumuladors segons la seva utilització:

    • Acumuladors estacionaris: solen estar en un lloc fix i proporcionen corrent elèctric de manera permanent o esporàdica per a diversos fins. En cap moment, però, se'ls demana que donin valors d'intensitats elevades en temps curts.
    • Acumuladors d'arrencada: s'encarreguen de produir energia elèctrica amb valors d'intensitat de corrent elevats durant temps curts, per exemple, en els dels cotxes cada vegada que es posen en marxa, o bé quan s'arrenca un motor. Les plaques dels elèctrodes d'aquests acumuladors tenen més gruixut que els dels estacionaris i la seva vida útil és més curta a causa de les "dures" condicions de treball.
    • Acumuladors de tracció: s'encarreguen de proporcionar corrent a petits vehicles elèctrics i, per tant, se'ls demana unes intensitats de corrent relativament altes durant períodes d'algunes hores.

    Per a les instal·lacions solars fotovoltaiques, utilitzar preferentment els acumuladors estacionaris.

    Pel que fa a les característiques de l'electròlit, tenim els següents tipus d'acumuladors elèctrics:

    • Àcid (de plom-àcid, Pb-Sb, Pb-Cd).
    • Alcalí (níquel-cadmi).

      Quina funció té un acumulador elèctric?

      Les funcions bàsiques dels acumuladors en instal·lacions solars són:

      • Subministrar energia en absència de radiació: nits i dies amb núvols, en el cicle diari i en el cicle estacional.
      • Mantenir un nivell estable de voltatge en la instal·lació: la tensió a la sortida dels mòduls varia en funció de la radiació incident, la qual pot no ser molt bona per al funcionament d'alguns aparells.
      • Subministrar una potència instantània, o durant un temps limitat, superior a la que el camp de panells podria generar fins i tot en el millor dels casos. És el cas de l'arrencada de motors com, per exemple, el motor de l'compressor d'una nevera.

      Com hem dit, els més usats en instal·lacions solars fotovoltaiques són els de tipus estacionaris de plom-àcid.

      Quins tipus d'acumuladors d'energia elèctrica hi ha?

      Entre els acumuladors de plom-àcid que hi ha al mercat, en diferenciem tres tipus:

      • Acumuladors compactes, tipus monobloc: (semblants als de tipus d'arrencada). D'utilització habitual en instal·lacions petites (ús en caps de setmana ...).
      • Acumuladors estacionaris: construïts amb gots independents, plaques tubulars i reixes amb baix contingut d'antimoni. Aquests són els ideals per a les instal·lacions solars fotovoltaiques, ja que han estat dissenyats per poder descarregar lentament i recarregar-los quan hi hagi disponibilitat d'energia.
      • Acumuladors de tracció: pensats per moure vehicles i carretons elèctrics; són més econòmics que els estacionaris i poden donar un bon servei en instal·lacions solars fotovoltaiques, sempre que es tingui en compte que necessiten un manteniment més freqüent.

      És important conèixer que, quan es connecta l'acumulador als mòduls fotovoltaics, el voltatge de l'acumulador determina el voltatge de funcionament dels mòduls. Així doncs, la corba de funcionament dels mòduls tindrà un punt de funcionament condicionat per l'acumulador i no a l'inrevés, de manera que el valor de la intensitat que dóna el mòdul s'ajusta en funció de la tensió de la acumulador connectat.

      Encara que normalment els acumuladors s'identifiquen pel seu valor de voltatge nominal, en realitat, el voltatge de cada cel·la o vas varia en funció de l'estat de càrrega. Aquest valor fluctua entre valors 1,85 V (descarregat) i 2,4 V (carregat), aproximadament, d'acord amb el tipus i el fabricant.

      En un acumulador format per 6 gots (12 V nominals), el marge de fluctuació va de 10,5 a 14,4 V.

      Cal tenir en compte que, normalment, en una instal·lació d'energia solar fotovoltaica, el voltatge dels mòduls serà similar a el de la bateria (excepte en els casos en què el regulador tingui seguidor del punt de màxima potència dels mòduls). Aquest fet comporta que els mòduls treballin a voltatges inferiors a el de màxima potència i, per tant, a una potència inferior a la màxima possible.

      Així, doncs, a l'hora d'escollir l'acumulador adequat per a una instal·lació solar fotovoltaica, l'elecció sempre serà un compromís entre economia i idoneïtat, respectant uns mínims de qualitat pel que fa a fiabilitat i durada.

      En tot cas, per a la correcta selecció de l'acumulador adequat, serà necessari disposar de les característiques amb les corbes de funcionament.

      Quines són les característiques d'una bateria?

      Per a la selecció d'una bateria, al menys cal conèixer:

      • Tipus de bateria amb tensió nominal, dimensions, pes ...
      • Capacitats de descàrrega C20, C50, C100 amb els valors corresponents de tensió de tall.
      • Marge de temperatures de treball.
      • Profunditat màxima de descàrrega.
      • Valor de autodescarga.
      • Cicle màxim diari permès.
      • Temps màxim de treball en un 50% de càrrega i amb un cicle de el 10%.
      • Rendiment de càrrega.
      • Variació de la capacitat en funció de la temperatura.
      • Voltatges finals d'acord amb el règim de descàrrega.
      • Voltatge màxim de càrrega en funció de la temperatura i de el règim de càrrega.
      • Temperatura de congelació.
      • Densitat segons l'estat de càrrega.

      Comportament d'una bateria d'acumuladors en una instal·lació d'energia solar fotovoltaica

      El voltatge en els terminals de la bateria depèn dels següents factors:

      • Nivell o estat de càrrega
      • Velocitat de càrrega o descàrrega
      • temperatura

      Nivell o estat de càrrega

      El voltatge en els terminals de la bateria disminueix quan es descarrega i augmenta quan es carrega fins a aconseguir un màxim (p. Ex., 14 V en bateries de 12 V). Quan es descarrega, abans de fer-ho de el tot, s'arriba a un valor de tensió inferior límit per sota de qual la bateria es pot no recuperar si es continua descarregant.

      Per a una bateria típica de plom-àcid de 12 V, aquest valor és de 10 V. En els casos de bateries de plom-àcid, s'ha d'evitar l'efecte de sulfatació que té lloc quan s'arriba a un estat alt de profunditat de descàrrega i es queda així un temps. El sulfat de plom comença un procés de descristal·lització irreversible, bloqueja la reacció de càrrega i fa que la bateria es comporti com si hagués perdut part de la seva capacitat, de manera que cal substituir per una altra.

      D'altra banda, s'ha de procurar no sobrecarregar la bateria, ja que en aquestes condicions, si els panells segueixen manant corrent a la bateria, se segueixen produint reaccions químiques de l'electròlit i comença a produir oxigen i hidrogen gasosos, el que la perjudica i li escurça la vida útil. Alguns fabricants incorporen uns taps recuperadors que, mitjançant "catàlisi", recombinen l'oxigen i l'hidrogen tornant l'aigua a les cel·les. Però la millor manera de prevenir la gasificació és un regulador de càrrega.

      Velocitat de càrrega o descàrrega

      Si una bateria es carrega, el voltatge en els seus terminals és superior que si desconnectéssim el corrent de càrrega perquè la resistència interna de la bateria produeix una caiguda interna de tensió. Quan es descarrega passa a l'inrevés: la petita caiguda de tensió en la resistència interna fa que la diferència de potencial en els terminals sigui una mica inferior a la mesura.

      temperatura

      Com les reaccions internes que tenen lloc en una bateria són de naturalesa química, la temperatura té una influència decisiva en aquestes reaccions. Així, doncs, el voltatge final recomanat per aconseguir l'estat de càrrega plena ha de ser més alt com més baixa sigui la temperatura, perquè les reaccions químiques tenen més dificultats per tenir lloc i, per tant, necessiten més energia perquè el procés executi.

      Aquest fet és important, ja que segons el lloc on sigui la instal·lació, s'haurà de corregir el valor de la tensió aplicada en funció de la temperatura a la qual estigui sotmesa la bateria. Això condiciona la sala de les bateries, com veurem més endavant.

      Quins altres elements cal considerar?

        D'altra banda, cal tenir en compte que:

        • A l'augmentar la temperatura, les reaccions s'acceleren i, per tant, la vida útil disminueix.
        • A l'disminuir la temperatura, la vida útil augmenta, però es corre el risc de congelació, el que pot provocar danys irrecuperables a la bateria. Per tant, per preveure aquest fet, s'haurà d'adequar la sala de bateries amb temperatures moderades.

        En una bateria normal àcida (Pb-àcid sulfúric), la concentració d'àcid és de l'40% i, en aquestes condicions, el punt de congelació és de -60 graus Celsius. Quan la bateria es descarrega, com que disminueix la concentració d'electròlit, augmenta el punt de congelació, que arriba a el límit de el punt de congelació dels 0ºC quan la concentració d'electròlit és zero (aigua).

        Llavors la bateria es pot espatllar definitivament (instal·lacions d'alta muntanya). Aquest fenomen reafirma la necessitat de tenir la sala de bateries el més aïllada possible de l'fred.

        Autor:

        Data de publicació: 7 de abril de 2016
        Última revisió: 28 de març de 2020