Las Baterías Solares son dispositivos utilizados para almacenar la electricidad producida por los paneles solares y usarla cuando no hay generación eléctrica. En el mercado se fabrican con uno de tres componentes químicos y cada una de estas tiene características que las hacen apropiadas para diferentes aplicaciones. Revisemos a continuación sus ventajas y desventajas para entender mejor su costo de operación y vida útil.
Plomo-ácido
Esta tecnología es la más probada y utilizada en sistemas aislados. Este tipo de baterías, tienen una corta vida y poca Cantidad Máxima de Descarga (DoD), son las más económicas y sencillas en el sector del almacenamiento solar. También son conocidas como Monoblock y existen dos variantes:
Abiertas
Esta es la más simple y económica. Son baterías abiertas de plomo ácido, con tapones y que requieren mantenimiento controlado una vez al año, asegurándose que el nivel de agua destilada de su interior, se mantenga siempre dentro de los niveles máximo y mínimo indicados.
Son una buena opción en instalaciones pequeñas con consumos chicos y esporádicos con el fin de buscar la mejor rentabilidad posible. Tienen una esperanza de vida útil de aproximadamente 2 años para proyectos de consumos relativamente altos y de 3 a 4 años con cargas bajas.
No son una buena opción para descargas profundas, es importante evitar excederse del 50% de descarga para no disminuir su durabilidad. Los voltajes de funcionamiento son de 6v y 12v con capacidades que van de los 80Ah a los 250Ah. Estas baterías, por sus características de longevidad, no son las más recomendables para Sistemas Solares.
Dentro de esta misma categoría están las de Ciclo Profundo, que son las ideales para proyectos solares con consumos diarios relativamente más altos, buscando no pasar del 20% de su capacidad, para que se logre una vida útil de 7 a 10 años y con posibilidades de realizar descargas de ciclo profundo esporádicamente, para no perjudicar la duración de la batería. Estas manejan tensiones de 6v y 12v con capacidad de 80Ah hasta 800Ah.
La principal ventaja de estas baterías es que disponen de un óptimo diseño de placas de plomo reforzadas para aumentar su durabilidad y que les permite trabajar con descargas con ciclos de profundidad superiores al 50%, lo que las hace ideales para aplicaciones solares fotovoltaicas.
Las baterías abiertas deben colocarse en lugares ventilados, ya que emiten gases en su funcionamiento. Están diseñadas solamente para conectar aparatos básicos como televisión, luz y cualquier dispositivo que no disponga de motor, con lo cual también quedan exentas las bombas de agua.
El principal problema de esta batería es que no soporta bien los picos de arranque de aparatos con motor como congeladores, lavadoras, bombas de agua, taladros, etcétera, ya que estos hacen que su vida útil se reduzca drásticamente a 1 año o incluso a pocos meses.
Es importante no perder de vista estos aspectos, ya que existen en el mercado paquetes solares que se venden con este tipo de baterías, lo cual es muy perjudicial para la rentabilidad del proyecto, puesto que, al parecer más atractivo en un inicio, al cabo de un corto periodo de tiempo, se tendrá que reemplazar las baterías, con lo cual el costo del dispositivo, con el paso de los años, será altísimo.
Libres de mantenimiento o VRLA
Es la tecnología de las baterías que se conoce como Libre de Mantenimiento. Por sus siglas en inglés, Valve Regulated Lead Acid – Plomo-Acido Regulada por Válvula –. Son baterías selladas que tiene un mecanismo de válvula reguladora, que permite la liberación de gases de hidrógeno y oxígeno de forma segura durante la carga de la batería
Son de ciclo profundo y su descarga puede alcanzar un 70-80% de la carga. Tienen una extraordinaria capacidad de recuperación, incluso tras una descarga profunda o prolongada, Sin embargo, se debe recalcar que las descargas profundas o prolongadas frecuentes, tienen una influencia negativa en la duración de vida de las baterías de plomo-ácido.
Este tipo de baterías aportan seguridad por la forma de su diseño y ensamble, ya que resisten vibraciones y golpes, no permitiendo el derrame del electrolito.
La vida útil varía de marca en marca, pero hay algunas que pueden llegar hasta los 20 años de vida con buenos cuidados. Existen en el mercado dos variantes de esta tecnología:
AGM
Esta tecnología que por sus siglas en inglés significa; Absorbed Glass Mat – Placa de Vidrio Absorbida –. Su construcción permite que el electrolito quede inmovilizado por placas de material activo de fibra de vidrio. Mejorando la eficiencia de la carga y descarga. Tienen una duración media en base al número de ciclos a una misma profundidad de descarga. Por lo que su vida útil es más elevada que las baterías abiertas.
El rendimiento es mejor en temperaturas bajas y del tipo VRLA son las más económicas con un excelente rendimiento.
Son una buena opción cuando se requiere alta corriente, o sea que se va a suministrar electricidad a electrodomésticos o aparatos con motor. Permiten que la profundidad de descarga sea superior y soportan sin problemas los picos de arranque de los motores, sin afectación a su vida útil.
Estas están diseñadas para pequeñas instalaciones en las que el mantenimiento pueda ser complicado y costoso. Resultan más adecuadas para suministrar corrientes elevadas durante períodos cortos.
Tienen una buena respuesta a las descargas profundas y elevado número de ciclos de carga/ descarga. Debido a su pequeña resistencia interna, aceptan tasas de corriente mucho mayores a las baterías abiertas. Por su precio económico, tienen gran aceptación en el mercado de los sistemas solares, recomendadas para instalaciones pequeñas con consumos moderados.
La vida útil de las baterías AGM oscila entre los 6 a los 8 años de vida, dependiendo del fabricante, pueden llegar hasta 5,000 ciclos al 50% de descarga.
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GEL
Estas baterías son similares a las AGM, ya que el electrolito esta inmovilizado por un separador de fibra de vidrio. Estas poseen un aditivo de sílice que hace que el electrolito este en forma de gel. El voltaje tiene una respuesta más estable ante la temperatura, su calidad es superior y poseen más vida útil que las AGM, ya que oscila entre los 9 y los 12 años, ofreciendo más ciclos de carga/descarga en condiciones normales de uso. Al estar selladas no emiten gases nocivos y pueden ser instaladas en lugares sin ventilación
Se recomienda su uso en instalaciones solares de uso diario como casas o negocios.
Comparativa de baterías AGM, GEL y Plomo-ácido abierto de ciclo profundo
No importa la tecnología de la batería, Plomo-ácido abierta, AGM, GEL, el número de ciclos es el número de días de vida de una batería. La ventaja de las baterías selladas es que no tienen mantenimiento, pero no por eso duran más. Aunque por eso, sí son más caras.
Se ha creado una idea de que una batería de GEL o AGM, dura más que las de Plomo-ácido abierto. Pero la verdad es que las baterías Plomo-ácido abiertas de ciclo profundo, pueden tener hasta 1.500 ciclos de vida al 50%, mientras que las baterías AGM o GEL tan solo tienen unos 500 o 600 ciclos al 50%. Por supuesto, siempre dependiendo de la marca y modelo del fabricante.
Las baterías Plomo-ácido de arranque, es decir, las que se utilizan en los coches o camiones, soportan unos 400 ciclos y deben estar cargadas siempre. Si se descargan con profundidades superiores al 50%, se dañan. Estas fueron diseñadas pensando en una fuerte descarga en un solo momento, en contraste de las solares, que están diseñadas para una descarga pequeña en un largo plazo de tiempo.
Baterías Estacionarias
Para consumos medios a altos en forma continua, con profundidades de descarga y picos de corriente moderados se tienen las Baterías Estacionarias, diseñadas específicamente para este tipo de aplicación.
Estas también son conocidas como acumuladores solares. Están compuestas por contenedores de 2v conectados en serie para alcanzar la tensión deseada para el Sistema Solar. Cada uno de los elementos de 2v, conocidos como pilas o vasos, pueden tener capacidades en el rango de 200Ah hasta 4,000Ah. Lo que permite configurar estas baterías para cualquier aplicación. Ya que no es recomendable conectar las baterías en paralelo y que las baterías Monoblock están limitadas a 800Ah, es cuando se utiliza este tipo de configuraciones.
Las baterías estacionarias pueden ser OPzS, TOPzS o OPzV. que OPzS - Ortsfest PanZerplatte Flüssig - que por sus siglas en alemán significa: Batería estacionaria abierta de placa de plomo tubular con electrolito líquido, Estas son de Plomo-ácido abiertas, de una vida útil de más de 15 años con un número elevado de ciclos, con buena respuesta a las descargas profundas. Por ser abierta, tiene evaporación de gases y requiere de mantenimiento mínimo.
Estas baterías, son las transparentes y las más utilizadas en el mercado fotovoltaico por mantener una excelente relación Precio vs Desempeño. Están fabricadas con un envolvente de estireno acrilonitrilo conocido como SAN (por sus siglas en inglés, Styrene Acrylonitrile) material muy resistente a impactos y con durabilidad para largos periodos de tiempo, 20 años o más. Diseñadas para ser descargadas en periodos largos de hasta 100 horas.
Por otro lado, están las OPzV - Ortsfest PanZerplatte Verschlossen - Batería estacionaría sellada de placa de plomo tubular con electrolito sólido en forma de gel. Estas son más caras, pero poseen mayor número de ciclos de carga/descarga por lo que ofrece una vida útil mayor, mejor respuesta a corrientes elevadas y descargas profundas, mayor estabilidad de la tensión frente a la descarga, sin emisión de gases ni mantenimiento por estar sellada.
Estas son de alta durabilidad, con más de 8,000 ciclos de carga/descarga con profundidades de descarga del 20%, pueden alcanzar 20 años de vida útil. Por lo que un buen diseño puede ayudar a obtener una rentabilidad muy atractiva para el proyecto con este tipo de tecnología.
En el mercado se han desarrollado alrededor de esta tecnología algunas variantes como TOPzS, donde la T significa translúcida, COPzS, que es de contenedor opaco.
Las TOPzS, que son opacas, están diseñadas para aplicaciones de descargas de 10 o 20 horas y con esperanza de vida de pocos años. Normalmente tienen la mitad de los ciclos de carga/descarga y los precios son muy similares a las que las OPzS, por lo que resultan con tasas de rentabilidad menores.
Ion-Litio
Estas baterías hechas de un componente químico de Ion-Litio, son más ligeras y compactas que las de Plomo-ácido. También tienen un DoD más alto y una mayor durabilidad. No hay efecto memoria y puede usarse el 100% de la capacidad sin afectar su vida útil. Pueden tener 4,000 ciclos con profundidades de descarga del 80%
Cuentan con elevadas tasas de carga/descarga de corriente, siendo posible cargarlas completamente en 4 horas, son las más eficientes del mercado. Estas baterías abren un nuevo horizonte en las aplicaciones solares. Pueden llegar a tensiones mayores de 350v, por lo que pueden ser cargadas más rápidamente, teniendo la capacidad de almacenar la energía necesaria de varios días.
En cuanto a peso son más ligeras, mientras que las baterías de Plomo-ácido almacenan 40wh/kg las de Ion-Litio pueden almacenar 120wh/kg.
La desventaja es que vienen acompañadas de un alto precio y hay que considerar instalar un BMS (Battery Management System por sus siglas en inglés) Sistema de Administración de Baterías, ya que requieren de un controlador de la tensión y temperatura de las celdas.
Agua Salada
Una nueva tecnología en la industria solar, son las baterías de Agua Salada. En comparación con las otras tecnologías, esta no contiene metales pesados, está basada en los electrolitos del agua salada. Las tecnologías de Plomo-ácido y Litio, por estar elaboradas con materiales contaminantes, requieren de un procedimiento especial pasa su deshecho, en contraste con las de Agua Salada, que son fácilmente reciclables.
En cuanto las ventajas de estas baterías están la seguridad, ya que con este sistema no hay probabilidad de riesgo de fuego y no utiliza ningún material tóxico. Es fácilmente reciclable y por lo tanto es verdaderamente sustentable. El ciclo de vida es muy grande, lo que trae como beneficio, que no tendrá que ser reemplazada como las otras tecnologías.
Dentro de sus desventajas, está el precio. El avance y desarrollo que ha habido con las baterías de Ion-Litio han bajado mucho sus costos de manufactura y son más baratas que las de Agua Salada. Por otro lado, la cantidad de espacio que se requiere para su instalación ya que su densidad de energía es mucho menor que las de Ion-Litio.
Sin embargo, como tecnología nueva, han sido muy poco probada y una de las compañías (Aquion) que las producía para pequeñas instalaciones solares, quebró en 2017. Por lo cual, el futuro de esta tecnología, por el momento es un poco incierta.
Baterías Inteligentes
Por último, en el mercado hay una nueva generación de baterías que se han popularizado como Baterías Inteligentes. Básicamente puede ser de cualquiera de las tecnologías que revisamos anteriormente y se instala un procesador que se encarga de gestionar el momento cuando deben de ser cargadas las baterías y cuando debe de ser usada la energía.
Esto ayuda cuando se tiene una tarifa de CFE como la Gran Demanda Media Tensión Horaria (GDMTH), ya que se programa para que a la hora de Tarifa Base, las baterías sean cargadas, y que se utilice la energía cuando entra la Tarifa Punta. Esto puede ayudar a tener grandes ahorros de energía. La única desventaja es que hay un límite de la demanda que pueden soportar las baterías.
Esta alternativa es buena para los consumos de bajas cargas, como puede ser el alumbrado eléctrico, usos generales, donde no hay grandes demandas de energía.
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