Cálculo y diseño de un banco de baterías


 

La principal función de una batería es la de acumular la energía de un sistema de generación, así como la de entregar una corriente superior a la que el dispositivo donde se instala, o el mismo sistema de generación puede generar.

En el mercado actual podemos encontrar diferentes  tipos de baterías. Las baterías suelen representar el 50% o más del costo en una instalación off-grid. Su vida útil se determina en función de variables como temperatura, profundidad de descarga, velocidad de descarga, etc. Por lo tanto, es muy importante conocer sus características técnicas para un correcto dimensionamiento de un sistema y no concurrir en errores que a corto o largo plazo pueden significar un costo elevado en cualquier instalación.

Tipos de Baterías

Como se ha comentado anteriormente, en el mercado actual podemos encontrar diferentes tipos de baterías. A continuación, se muestra un resumen de los tipos de baterías más comunes en instalaciones solares fotovoltaicas:

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Voltaje del Banco de Batería en relación a la capacidad

A continuación, se muestran las típicas conexiones cuando conectamos baterías de 12V:

Recomendaciones cuando usamos baterías de 2V

Las baterías de 2V suelen estar disponibles en grandes capacidades. Sólo es necesario elegir la capacidad deseada y conectarlas en serie. Además, se suelen suministrar con cables para su conexión.

Normalmente, cuando un banco de baterías exige una capacidad mayor a 1000Ah, es recomendable considerar este tipo de baterías debido a su mayor amperaje.

Cuando se instala este tipo de baterías, debe evitarse la cantidad de bancos serie-paralelo que se instalen.

En cualquier tipo de batería, la cantidad de cadenas en paralelo permitidas deberán ser informadas por el fabricante. En algunos casos es recomendable el uso de equilibradores de batería para asegurar una carga equilibrada del banco de baterías. Más adelante se profundizará sobre en este tema.

Cómo interconectar baterías

Cuando conectamos más de una batería en cualquier banco, se suelen producir errores típicos de conexionados, los cuales aunque el sistema funcione perfectamente (al principio), a corto plazo nos encontraremos con problemas debido a una conexión no óptima de estas baterías.

A continuación se muestran varios errores comunes en la conexión del cableado de baterías:

 

Este es un diagrama que muestra la forma en que se suele interconectar varias baterías para formar un banco de baterías mayor.

Cada conexión crea una pequeña resistencia sobre el cable, los terminales de engarzado y el terminal de tornillo de batería.

 

 

 

Respecto al cable, debemos considerar lo siguiente:

Como ejemplo, podemos considerar que la resistencia para un cable de interconexión de baterías de 20 cm de longitud y sección de 35 mm2 es de aproximadamente 1,5 mili Ohmios.

Uno puede pensar que este valor es despreciable. Sin embargo hay que tener en cuenta que la resistencia interna de la batería también es baja, por lo tanto es de vital importancia tener en cuenta todos los componentes del cable. La resistencia interna de una batería suele oscilar entre 3 a 10 mili Ohmios.

 

¿Qué pasa cuando conectamos los consumos entonces?

La energía que viene de la batería inferior solamente tiene que viajar a través de los conductores principales de la conexión.

La energía de la batería siguiente tiene que viajar a través de la conexión principal y a través de los 2 cables de interconexión a la batería siguiente.

La batería siguiente tiene que pasar por 4 juegos de cables de interconexión.

La parte superior tiene que pasar por 6 conjuntos de cables de interconexión. Por lo tanto, la batería superior proporcionará mucha menos corriente que la batería inferior.

 

¿Qué pasa cuando se está cargando el banco de baterías entonces?

La batería inferior se carga con una corriente más alta que la batería superior.

La batería superior se carga con un voltaje más bajo que la batería inferior.

El resultado es que el trabajo de la batería inferior será mucho mayor que el de las otras. Será más difícil tanto cargarla como descargarla.

Como consecuencia, la batería inferior fallará tarde o temprano.

 

 

En el siguiente esquema podemos observar el diagrama de resistencias que encontraríamos en los casos anteriores:

Para evitar estos problemas, podemos realizar interconexión de las baterías de las siguientes formas:

Así mismo, debemos evitar estos ejemplos de conexión errónea:

Ubicación del banco de baterías

Cuando instalamos un banco de baterías, siempre debemos seguir las instrucciones básicas de seguridad, en especial cuando se tratan de baterías que no están selladas.

Uno de los tipos más comunes de baterías en instalaciones solares fotovoltaicas son las del tipo plomo-ácido. Cuando se instalan este tipo de baterías (así como también de otros tipos), siempre es aconsejable no instalar ningún equipo eléctrico justo encima de estás:

Respecto a este tipo de baterías también es importante considerar el efecto que tiene la temperatura sobre ellas. El aumento de la temperatura de funcionamiento de las baterías provoca una aceleración de su envejecimiento.

En el siguiente gráfico podemos observar la relación entre la capacidad, la temperatura y la vida útil de una batería de plomo ácido:

Las baterías y el calor

Las baterías, especialmente las de plomo-ácido, son susceptibles al calor. Las baterías se calientan cuando se están cargando o cuando se descargan. Así mismo cuando se cargan o descargan rápidamente aún se calientan más.

Si la batería se calienta (o también cuando hay muy baja temperatura), el voltaje de carga variará. Es importante verificar si el equipo fotovoltaico viene con un sensor de temperatura (como por ejemplo los inversores de Victron Energy), y en caso afirmativo asegurarse de usar este sensor.

Estas consideraciones son de vital importancia debido a que la vida útil de la batería se reduce considerablemente cuando estas están en un ambiente con mucha temperatura.

¿Cómo podemos mantener las baterías en un ambiente más fresco e ideal?

1 – Asegurándose que hay ventilación alrededor de las baterías:
• No colocar las baterías muy juntas las unas de las otras.
• Asegurar que el aire pueda fluir alrededor de las baterías

2 – Asegurar que el aire caliente pueda escapar tanto entre los cubículos entre baterías, como en el rack, o sala donde se ubican las baterías.

3 – Manteniendo los compartimentos entre baterías, el rack o la sala donde se ubican las baterías a temperatura fresca (ideal en muchos casos 25º). En algunos casos puede considerarse la posibilidad de instalar aire acondicionado en salas donde se ubican las baterías.

4 – Colocando el sensor de temperatura en la batería más caliente. A menudo la batería más caliente suele estar ubicada en el medio del banco de baterías, antes que en los extremos.

Mezcla de diferentes tipos de baterías en un mismo banco

En base a lo visto anteriormente, es bastante evidente que mezclar baterías de diferentes tipos va a ocasionar un problema a corto plazo.

Las baterías, al ser de capacidades, marcas o edades diferentes tienen una resistencia interna diferente. Por lo tanto cada batería tiene su voltaje y corriente de carga y descarga diferente. Si combina baterías diferentes en un mismo banco, veremos como algunas baterías no se cargan como deberían. En este caso, algunas baterías recibirán un exceso de carga y otras estarán constantemente descargadas, por ende, este desequilibrio conducirá a un daño prematuro permanente de las baterías.

En base a lo comentado anteriormente, en ningún caso deberá hacerse lo siguiente:

– Mezclar baterías de diferentes tipos (AGM, GEL, etc.)
– Mezclar baterías de diferentes fabricantes
– Mezclar baterías de diferentes capacidades
– Mezclar baterías viejas con baterías nuevas

Como norma general, al instalar un sistema con baterías, el instalador debe asegurarse de conocer todas las limitaciones en cuanto a las baterías que está utilizando. Es frecuente encontrar en instalaciones ramales de 7, 8 u más baterías en paralelo, sin conocer el límite de baterías en paralelo que permite cada fabricante (o al menos sin usar equilibradores de batería). Esto conduce a los problemas mencionados, y por consiguiente, a un aumento del costo de la instalación en caso deterioro prematuro de las baterías, y/o su posterior reemplazo por un banco nuevo.

En TRITEC-Intervento contamos con el respaldo técnico de todos nuestros productos directamente por el fabricante, por lo que le aconsejamos resolver cualquier duda antes de proceder a la instalación de su sistema off-grid.

Raül Serrano
Responsable Departamento Técnico
[email protected]
Móvil: +56 9 56984240

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