Ya hemos hablado de los sistemas fotovoltaicos con almacenamiento para conservar la energía producida durante el día para consumirla durante el día. Son sistemas que nos hacen autosuficientes eléctricamente y no dependientes de ninguna compañía eléctrica.
La corriente eléctrica producida se almacena en una batería fotovoltaica, o mejor dicho, en un sistema de almacenamiento con varias baterías conectadas entre sí, y de eso os queremos hablar hoy, de sus características, precios y propiedades. Las baterías fotovoltaicas no solo se pueden utilizar para sistemas aislados (desconectados de la red eléctrica) en el hogar, sino también en barcos, caravanas o en lugares donde no llega la electricidad. Los precios van desde los 100 euros por una batería de 30-40 vatios hasta los 3000 euros por un sistema de 3 Kwp para llegar a los 6000-7000 euros por el Tesla POWERWALL de 13,5 KWh. Índice
- ¿Qué es una batería fotovoltaica?
- Capacidad de la batería
- Batería fotovoltaica de plomo ácido
- Batería fotovoltaica de níquel-cadmio
- Batería fotovoltaica de iones de litio
- Otras tecnologías de batería
- Baterías de magnesio
- Precios de baterías fotovoltaicas para almacenamiento
¿Qué es una batería fotovoltaica?
todos tenemos que ver con las pilas o baterías que utilizamos para suministrar energía a los más diversos objetos de nuestro hogar. Computadoras, teléfonos inteligentes, controles remotos, calculadoras. Por lo general, compramos desechables de 1,5 V para alimentar artículos pequeños, usamos el zinc de carbono más barato o el alcalino más caro y duradero. Por lo demás están las recargables que también se utilizan en baterías para sistemas fotovoltaicos. Aunque hay varias tecnologías disponibles, los de plomo-ácido siguen siendo los más popularesPorque soy bastante barato y es probable que las cosas no cambien en los próximos años. luego estan las baterias Níquel Cadmio, Ni-Cd, los mismos que se utilizan para smartphones y PCs. Son más potentes, rápidos de recargar pero cuestan más. En el futuro también están las de hidruro metálico de níquel, baterías híbridas. También es posible transformar la energía producida durante el día en hidrógeno, pero ya vamos más allá. Capacidad de la batería ¿Qué significa capacidad de la batería? Por lo general, la capacidad de la batería se expresa en kilovatios hora (kWh), similar a cómo se carga la electricidad en su factura. Algunos fabricantes de baterías expresan su capacidad en amperios hora (Ah). La capacidad de la batería indicada por el fabricante es un número “ideal” útil para comparar baterías. Algunos fabricantes promocionan la capacidad de la batería en función de la capacidad total, por ejemplo, 10 kWh. Pero todas las baterías solares tienen lo que se llama profundidad de descarga (Profundidad de descarga – DoD). Esta es la cantidad de la capacidad total que se puede utilizar. La mayoría de las baterías solares no pueden tener el 100 por ciento de la energía total consumida por la batería. El DoD se expresa como un porcentaje de la capacidad total. Si una batería de 10 kWh tiene un 80 % de DoD, proporcionará 8 kWh de energía utilizable. Es importante comparar las baterías en función de su energía utilizable, no de su capacidad total.
Las baterías de iones de litio suelen tener una profundidad de descarga del 80 % o más. Las baterías de plomo ácido suelen tener una profundidad de descarga de 30 a 50 %.
Batería fotovoltaica de plomo ácido
Los más utilizados son los AGM herméticos y un poco menos los de gel de plomo. La batería fabricada con este sistema incluye un cátodo de plomo y un ánodo de óxido de plomo sumergidos en una solución de ácido sulfúrico. La reacción de descarga eléctrica en el ánodo consiste en un intercambio de iones de oxígeno del ánodo con iones de sulfato del electrolito. En el cátodo, la descarga involucra iones de sulfato del electrolito que se combinan con iones de plomo para formar sulfato de plomo. La eliminación de iones de sulfato de la solución reduce la acidez del electrolito. Para mantener la neutralidad de la carga, dos electrones deben ingresar a la terminal del ánodo y dos electrones deben abandonar la terminal del cátodo a través del circuito externo para cada uno de los dos iones de sulfato que abandonan el electrolito. Esto corresponde a una corriente positiva que sale del ánodo.
Normalmente, el proceso de carga tiene una eficiencia de alrededor del 95%. El proceso de descarga da como resultado algunas pérdidas debido a la resistencia interna de la batería, por lo que solo se puede recuperar alrededor del 95% de la energía almacenada. En general, la eficiencia de carga y descarga de una batería de plomo-ácido es, por lo tanto, de alrededor del 90 %.
La cantidad de energía almacenada en una batería se mide en Amperios-hora (Ah). Si bien Ah no es técnicamente una unidad de energía, sino una unidad de carga, la cantidad de carga en una batería es aproximadamente proporcional a la energía almacenada en ella. Si el voltaje de la batería permanece constante, entonces la energía almacenada es simplemente el producto de la carga por el voltaje.
La capacidad de una batería a menudo se denomina C.. Por tanto, si se conecta una carga a una batería, de modo que la batería se descargue en x horas, la tasa de descarga se indica como C/x.
Dependiendo de la composición específica de los electrodos, las baterías de plomo-ácido pueden optimizarse para descarga superficial o total. Los primeros cuentan con una pequeña cantidad de calcio en combinación con plomo para impartir una mayor resistencia al cable, que de otro modo sería puro. Las placas se pueden hacer más delgadas con un área de superficie más grande para producir altas corrientes de arranque. Estas unidades no deben descargarse a menos del 75 % de su capacidad. En aplicaciones automotrices, estas son condiciones de funcionamiento satisfactorias, ya que la batería se requiere principalmente para el funcionamiento del motor de arranque hasta que se enciende el motor. Después de este punto, el alternador toma el relevo, recargando la batería. Las baterías de plomo ácido de descarga profunda utilizan antimonio. Estas baterías están diseñadas para su uso en coches de juguete para transportar golfistas, para ascensores eléctricos, así como para su uso en sistemas fotovoltaicos. Cuando se construye un sistema fotovoltaico que utiliza baterías de plomo-ácido, el diseñador debe determinar la índices de carga adecuados para las baterías y también debe tener en cuenta las necesidades de ventilación del sistema de baterías.
Batería fotovoltaica de níquel-cadmio
Uso de baterías Ni-Cd hidróxido de níquel para las placas anódicas y óxido de cadmio para placas catódicas, en una estructura similar a la del sistema plomo-ácido. El electrolito en el sistema Ni-Cd es hidróxido de potasio. El ánodo de NiOH generalmente consta de fibras de níquel mezcladas con grafito o fibras plásticas niqueladas. También se agregan cantidades de otros materiales como compuestos de bario y cobalto para mejorar el rendimiento. El cátodo a menudo está hecho de una fibra de plástico recubierta de cadmio. Si el cátodo no está recubierto de plástico, normalmente se mezcla con hierro o níquel.
Las baterías de Ni-Cd son más robustas que las de plomo-ácido. Pueden sobrevivir a la congelación y a las altas temperaturas. Pueden descargarse completamente y se ven menos afectados por la sobrecarga. En consecuencia, en algunas aplicaciones, las baterías de Ni-Cd pueden ser la mejor opción porque su robustez puede permitir la eliminación del control de carga. estar justificado.
Si las baterías de Ni-Cd se cargan y luego no se usan, perderán su carga en un tasa de alrededor del 2% por día durante los primeros días, y luego se estabiliza a tasas de pérdida más bajas. Durante un período de 6 meses, la pérdida total suele ser de alrededor del 20 %, dependiendo de si la tasa de descarga de la batería es media, alta o baja. Cuanto mayor sea la puntuación de descarga de la batería, mayor será la pérdida de carga con el tiempo. La pérdida de carga también depende de la temperatura. La tasa de fuga es mayor a temperaturas más altas, a -20 ° C, casi no hay fuga. La vida útil de una batería de Ni-Cd depende de cómo se use, pero depende menos de la profundidad de la descarga. en comparación con las baterías de plomo-ácido. Una duración de al menos
2000 ciclos es normal cuando no se usa a altas temperaturas. Como resultado, bajo ciertas aplicaciones y condiciones de operación, una batería
puede durar hasta 25 años . No es irrazonable esperar el doble de la vida útil del plomo-ácido. Las desventajas de las baterías de Ni-Cd incluyen la dificultad para determinar el estado de carga de las baterías y la toxicidad del cadmio, especialmente cuando es necesario desecharlo. También son más caros que los de plomo.
Batería fotovoltaica de iones de litio
son la solución ideal para las necesidades de almacenamiento de energía solar. Estas son las mismas baterías que se utilizan en nuestros dispositivos portátiles como teléfonos inteligentes, tabletas, etc.
tesla es el que presentó una batería producida en masa POWERWALL que aún cuesta demasiado difundir. LAEl modelo de 13,5 kWh con pico de 7 kWh cuesta unos 7.000 euros.
Hay otras marcas que fabrican baterías para sistemas fotovoltaicos, más baratas como la alemana SONNEN.
Otras tecnologías de batería
Hay tantas otras tecnologías. Una lista parcial de estas baterías incluye zinc/óxido de plata, metal/aire, hierro/aire, zinc/aire, aluminio/aire, litio/aire, zinc/bromo, sulfuro de litio y aluminio/hierro, disulfuro de litio y aluminio/hierro, sodio/azufre, sodio/cloruro de metal, y varias variantes de Baterías de litio. Baterías de magnesio La investigación sobre alternativas a las baterías de iones de litio ha estado en curso durante algún tiempo. Se ha lanzado un nuevo proyecto de investigación de la UE, cuyo objetivo es apoyar las baterías de magnesio.
“El magnesio es un material prometedor y uno de los candidatos más importantes en nuestra estrategia posterior al litio”, dice Maximilian Fichtner, director adjunto del Instituto Alemán Helmholtz de Ulm (HIU), una institución de investigación dedicada a la investigación y el desarrollo de conceptos de electroquímica. pilas El desafío con las baterías de magnesio es tener un producto duradero. Al mismo tiempo, los científicos quieren utilizar las propiedades positivas del nuevo material del ánodo. Por ejemplo, los ánodos de magnesio ellos no forman dendritas, es decir, depósitos electroquímicos que podrían causar mal funcionamiento o cortocircuitos, como en las baterías de iones de litio. “Es por eso que podemos usar magnesio en forma metálica y usar directamente la alta capacidad de almacenamiento del metal. Esto aumenta el rendimiento de la batería”, continúa Fichtner. Otro beneficio de usar tecnología de magnesio en la fabricación de baterías sería una reducción en el uso de litio. El magnesio es unas 3.000 veces más abundante en la tierra que el litio, y también es más fácil de reciclar, según el HIU. Por lo tanto, las baterías de magnesio también pueden ser más baratas que sus contrapartes de iones de litio. Al mismo tiempo, la nueva tecnología sería una oportunidad para establecer un panorama competitivo de fabricación de baterías en Europa, lo que podría reducir el dominio de los fabricantes de baterías asiáticos.
Precios de baterías fotovoltaicas para almacenamiento
¿Cuánto cuesta una batería fotovoltaica? Depende de la tecnología elegida. Los precios de una batería fotovoltaica para 2022 son los siguientes:
- un sistema de plomo-ácido útil para una planta de 3 Kwp cuesta unos dos mil euros. Sin embargo, los precios están cayendo, al igual que los sistemas de níquel-cadmio, que todavía cuestan casi el doble.
- Como se mencionó, el POWERWALL de Tesla cuesta alrededor de 7000 euros por 13,5 kWh
- la de Sonnen de 10 kWh cuesta unos 4900 euros.
- Batería LG CHEM DE 6,5kWh tiene un precio de 3800 euros.
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