LAS BATERIAS

LAS BATERIAS PARA ALMACENAR ENERGIA

La disponibilidad de energía solar y del viento para producir la electricidad raras veces coincide con el tiempo cuando la necesitamos. En generadores hidroeléctricos se puede aumentar el flujo de agua con valvulas, pero no podemos regular el sol ni el viento. Balancear la energía entre la producción y el uso es imprescindible.

Almacenar la energía se pude realizar en varias formas:

• Thérmica, por ejemplo calentar y almacenar el agua en tanques aisladas,
• Mecánica, por ejemplo aprovechando la energía potencial del agua en centrales hidroeléctricas reversibles, o la energía cinética de volantes de inercia (usados en locomotoras y los sistemas KERS de la formula 1),
• Eléctrica en condensadores eléctricos (supercondensadores y ultracapacitores por ejemplo en frenos regenerativos) y
• Química en los diferentes tipos de baterías.

Todas estas formas tienen ventajas y desventajas, y en sistemas de energías solares y del viento, las más aptas son baterías a base de plomo(acumuladores). Otros tipos de baterías, sobre todo los de Ion de Litio (Li-Ion) están en desarrollo y cada vez más sustituyen las de plomo.

Baterías pueden ser consideradas el talón de Aquiles de los sistemas tipo 'isla', estos sistemas que no son conectadas a la red. Baterías representan gran parte de la inversión pero tienen frecuentemente la vida más corta de toda la instalación. Además, baterías de plomo tienen riesgos importantes por ejemplo para la salud y el medio ambiente; reducir la frecuencia de cambiarlas contribuye significativamente a disminuir estos peligros.

Todas las baterías funcionan bien al inicio, las diferencias se muestran en su expectativa de vida. Hay baterías que pueden durar más de veinte años y otras, bajo las mismas condiciones, duran menos que dos. Con baterías la expresión 'quien compra barato, compra dos veces' es cierta.

TIPOS DE BATERIAS

Hay diferentes tipos de baterías de plomo según el material de sus componentes. Para aplicaciones en sistemas fotovoltaicos y eólicos se usa en la gran mayoría baterías a base de plomo por su buena relación del precio por energía disponible. Este tipo fue inventado ya en 1859 por el francés Gastón Planté.

Actualmente se investiga fuertemente en mejorarlas y en el desarrollo de alternativas como por ejemplo los de 'litio-aire' o de litio de estado sólido, principalmente motivado para solucionar los requerimientos de energía en vehículos eléctricos. Aunque hay noticias muy prometedoras, hasta el momento hay pocas alternativas económicamente viables a los acumuladores de plomo.

Elon Musk de Tesla anunció en Abril 2015 el 'Powerwall' con 7kW (con baterías de litio NMO tipo 18650) a un precio de fábrica de solamente 3,000. US$ sin inversor e instalación. Aunque barato para baterías de litio, todavía cuestan más que el doble que las industriales de plomo. Este anuncio alertó la competencia y por ejemplo Mercedes Benz ahora ofrece su propio sistema de almacenamiento. Actualmente existe una alta variedad de ofertas a precios cada vez más accesibles.

De interés para energías renovables son las baterías de litio-ferrofosfato (LiFePO4) que no contienen elementos tóxicos y tienen una eficiencia de 98%. Se puede descargar por lo menos hasta un 20% de su capacidad y con un buen sistema de gestión (battery management system, BMS en inglés), pueden tener una vida hasta más de 10,000 ciclos, Son considerablemente más livianas y tienen menos volumen que baterías de plomo pero algo más que otras de litio. La gran desventaja actual es el alto precio inicial (aproximadamente tres veces de una batería de plomo). Considerando su gran cantidad de ciclos y consecuente larga vida, es un ejercicio de cálculo para comprobar su rentabilidad.

Hay inversiones enormes y incentivos gubernamentales muy importantes empujando el desarrollo. ¡Esperamos tener baterías con más vida a un mejor precio en un futuro no muy lejano!

BATERIAS DE PLOMO

La mayoría de las baterías de plomo usados en sistemas solares y eólicos parecen a los que se usan en autos y camiones, pero son optimizadas para una aplicación diferente. Importante en los carros es la disponibilidad de mucha energía durante un tiempo muy corto, principalmente para arrancar el motor. Este alto flujo de amperes necesario se logra con capas de plomo delgadas.

En sistemas solares y eólicas las baterías tienen que dar la energía sobre un tiempo relativamente largo y frecuentemente se descargan a niveles más bajos. Estas baterías de tipo ciclo profundo tienen capas de plomo gruesas que además brindan la ventaja de significativamente prolongar su vida. Estas baterías son relativamente grandes y pesadas por el plomo. Son compuestas de celdas de 2 voltios nominales que se juntan en serie para lograr baterías de 6, 12 o más voltios para aplicaciones especiales.

Hay que diferenciar entre baterías para el uso cíclico (cargar y descargar diariamente) y las baterías para el uso en sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS). Estas solamente entran en función cuanto hay un fallo de electricidad, pero normalmente son llenas. Internamente son diferentes, por ejemplo varia el porcentaje de antimonio en el ácido. Baterías para el uso en UPS frecuentemente no aguantan el uso cíclico en sistemas de energías renovables.

TIPOS DE BATERIAS DE PLOMO PARA APLICACIONES SOLARES

Se usan en la mayoría dos diferentes tipos de baterías de plomo:

1. Baterías Liquidas son las más antiguas y su simple producción permiten precios favorables. Existen en versión abierta con tapas que dejan sustituir el agua o en versión 'libre de mantenimiento' que son cerradas, pero con válvulas para que posibles gases puedan escapar durante cargas excesivas (en la realidad no son libre de mantenimiento, son de bajo mantenimiento). Sus ventajas aparte de los precios es que son menos problemáticos si se sobrecargan. Las desventajas son que durante la carga escapa hidrógeno (explosivo), existe el peligro de perder el muy agresivo acido, un control del nivel del agua es necesario (en las de 'libre mantenimiento' no se pueden sustituir el agua), y su corta vida típica de aproximadamente 400 ciclos de carga y descarga. Una ventilación es muy importante para estos tipos de batería y temperaturas bajo zero pueden destruirlas rápidamente.

2. Baterías tipo VRLA (abreviación del inglés: Valve Regulated Lead Acid battery). Estas baterías modernas tampoco son completamente selladas, pero contienen una tecnología que recombinan el oxigeno y hidrógeno que sale de las placas durante la carga y así eliminan la pérdida de agua si no son sobrecargadas. Estas baterías funcionan en cualquiera posición. Hay dos tipos principales: los de consistencia de Gel y los AGM, donde el acido es fijado en fibra de vidrio (AGM - absorbed glass mat). Ambas se puede usar en temperaturas bajas.

• Baterías de Gel. En estas baterías 'selladas', el acido tiene la forma de gel. Su gran ventaja es que ya no hay un liquido que se puede perder, son cerradas y funcionan en cualquier posición. La corrosión es reducida y son más resistentes a bajas temperaturas. Su vida es mucho mayor que la vida de las baterías liquidas y comparado con otras, son las menor afectadas en casos de descargas profundas. Las desventajas son una resistencia interna poco más alta que reduce el flujo máximo de la corriente, son algo más delicadas para cargar y llevan un precio mayor. Estas baterías, por su larga vida, se usan frecuentemente en la industria y la telecomunicación.
• Baterías tipo AGM. En estas baterías, desarrolladas inicialmente para la aviación, el ácido esta fijado en fibras de vidrio (a veces se llaman baterías 'secas' por su reducida cantidad de ácido). Cada vez mas se usan en sistemas solares y eólicos. Sus ventajas son una alta resistencia en climas fríos, su auto descarga sobre el tiempo es mínimo y tiene la eficiencia más alta de todas las baterías de plomo (hasta 95%). Tienen una baja resistencia interna que permite corrientes altas. Desventaja, aparte del precio, es su vulnerabilidad más alta a descargas profundas. La vida puede variar considerablemente según calidad.