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-hi l'energia captada durant les hores de radiació solar a fi de poder cobrir el subministrament durant les hores en que no n'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 a 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 en el seu interior.

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

  • Acumuladors estacionaris: acostumen a estar en un lloc fix i proporcionen corrent elèctric de manera permanent o esporàdica per a diverses finalitats. 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 s'engeguen, o bé quan s'arrenca un motor. Les plaques dels elèctrodes d'aquests acumuladors tenen més gruix 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, cal utilitzar preferentment els acumuladors estacionaris.

Pel que fa a les característiques de l'electròlit, en tenim de tipus:

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

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

  • Capacitat: màxima quantitat d'electricitat que pot emmagatzemar. A la pràctica, i per a evitar danys irreversibles a la bateria, tan sols pot proporcionar una part de la capacitat total, que anomenem capacitat útil. La capacitat útil depèn del tipus d'acumulador i de les condicions de treball, però sol tenir valors des del 30% fins a més del 90% (en acumuladors alcalins de bona qualitat) de la capacitat màxima. La quantitat d'electricitat que pot proporcionar un acumulador també depèn del 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 Ampers 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 determinada procedent de l'acumulador.
  • 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 del tipus d'acumulador i que influeix en la seva vida útil.
  • Vida útil: se 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.
  • 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.

Funcions de l'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 a la instal·lació: la tensió a la sortida dels mòduls varia en funció de la radiació incident, la qual pot no ser gaire 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 del compressor d'una nevera.

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

Tipologia d'acumuladors elèctrics

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 vasos 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 a poder-los descarregar lentament i recarregar-los quan hi hagi disponibilitat d'energia.
  • Acumuladors de tracció: pensats per a 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 l'acumulador connectat.

Tot i 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 vasos (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 al de la bateria (tret dels casos en què el regulador tingui seguidor del punt de màxima potència dels mòduls). Aquest fet comporta que els mòduls treballin a voltatges inferiors al 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 quant 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.

Per a la selecció d'una bateria, com a mínim és necessari 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.
  • Fondària màxima de descàrrega.
  • Valor d'autodescàrrega.
  • Cicle màxim diari permès.
  • Temps màxim de treball a un 50% de càrrega i amb un cicle del 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 del 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 factors següents:

  • Nivell o estat de càrrega
    El voltatge en els terminals de la bateria disminueix quan es descarrega i augmenta quan es carrega fins a arribar a un màxim (p. ex., 14 V en bateries de 12 V). Quan es descarrega, abans de fer-ho del tot, s'arriba a un valor de tensió inferior límit per sota del 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, per la qual cosa se l'ha de substituir per una altra. D'altra banda, s'ha de procurar no sobrecarregar la bateria, ja que en aquestes condicions, si els panells segueixen enviant corrent a la bateria, es continuen produint reaccions químiques de l'electròlit i comença a produir oxigen i hidrogen gasosos, cosa 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 mesurada.
  • Temperatura:
    Com que 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 a assolir l'estat de càrrega plena haurà 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 s'executi. Aquest fet és important, ja que segons el lloc on sigui la instal·lació, s'haurà de corregir el valor de la tensió aplicat en funció de la temperatura a què estigui sotmesa la bateria. Això condiciona la sala de les bateries, tal com veurem més endavant.

D'altra banda, cal tenir en compte que:

  • En augmentar la temperatura, les reaccions s'acceleren i, per tant, la vida útil disminueix.
  • En disminuir la temperatura, la vida útil augmenta, però es corre el risc de congelació, cosa que pot provocar danys irrecuperables a la bateria. Per tant, per tal de 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 del 40% i, en aquestes condicions, el punt de congelació és de –60ºC. Quan la bateria es descarrega, com que disminueix la concentració d'electròlit, augmenta el punt de congelació, que arriba al límit del punt de congelació dels 0ºC quan la concentració d'electròlit és zero (aigua). Aleshores la bateria es pot espatllar definitivament (instal·lacions d'alta muntanya). Aquest fenomen reafirma la necessitat de tenir la sala de bateries al més aïllada possible del fred.

valoración: 2.9 - votos 8

Última revisió: 7 de abril de 2016