Más información sobre Baterías de Ciclo Profundo

Una Batería es un dispositivo electroquímico que almacena energía en forma química. Cuando una batería se conecta a un circuito eléctrico, la energía química se transforma en energía eléctrica. Constructivamente todas las baterías son similares y están compuestas por un número de celdas electroquímicas. Cada celda que compone una batería, está compuesta de un electrodo positivo y otro negativo además de un separador.

Cuando la batería se está descargando un cambio electroquímico se está produciendo entre los diferentes materiales en los dos electrodos. Los electrones son transportados entre el electrodo positivo y negativo vía un circuito externo (luminarias de corriente continua, motores de corriente continua, consumos en corriente continua, etc). Las baterías tienen una amplia aplicación a nivel mundial, por esta razón se han desarrollado varios tipos de tecnologías:

Baterías Alcalinas: la tecnología con mayor aplicación a nivel mundial, principalmente en pequeños equipos, tienen una tensión de 1,2Vdc, tienen una sola vida útil, es decir no hay posiblidad de recargarlas. También existen las baterías alcalinas recargables, en menor utilización ya que requieren de cargador propio.

Baterías de Níquel Cadmio: Se usan habitualmente en equipos portátiles que incluyen baterías, sus electrodos contienen aleación de níquel cadmio (NiCd), se pueden recargar muchas veces. Su uso cada vez es menor debido a su efecto memoria y a que el cadmio es un agente muy contaminante. Este tipo de baterías deben ser descargadas totalmente para evitar el efecto memoria.

Baterías Níquel-Hidruro Metálico: mejor autonomía, son mas ligeras que las de Niquel-Cadmio, mediana vida útil y las encontramos en ordenadores portátiles, y teléfonos móviles. Es un tipo de batería recargable que utiliza un ánodo de oxidróxido de níquel (NiOOH), y un cátodo de una aleación de hidruro metálico. La batería NiCd tiene costos altos, además, representa un peligro para el medio ambiente. Asimismo, posee una mayor capacidad de carga (entre dos y tres veces más que la de una pila de NiCd del mismo tamaño y peso) y un menor efecto memoria. Por el contrario, presentan una mayor tasa de autodescarga que las NiCd (un 30% mensual frente a un 20%).

Baterías Lithium-Ion: Su costo de producción es alto y esto se refleja en el precio, sin embargo, su ciclo de vida es elevado 500-600 ciclos. Recomendadas para usuarios exigentes, se usan mucho en cámaras fotográficas o en aplicaciones altamente fiables. Mercado muy reducido por su alto costo.

Baterías de Alcohol: es una batería pequeña, barata, diseñada con el fin de sustituir a las de litio, y a futuro logren alimentar un teléfono por un mes. Estas baterías no solo se usaran a futuro en teléfonos móviles, sino en todo dispositivo portátil que requiera ligereza para su transportación.

Baterías de plomo ácido: son las mas usadas, las baterías de plomo ácido son las preferidas e insuperables por el amplio de aplicaciones que tienen. El plomo es abundante y no demasiado caro y es por esta razón por la cual es idóneo para la producción de baterías de buena calidad en grandes cantidades. Una batería de plomo ácido esta compuesta por:

  • Placa Positiva de oxido de plomo (PbO2)
  • Placa negativa de plomo puro (Pb)
  • Disolución de electrolito ácido sulfúrico (H2SO4)

Tipos de baterías de plomo –acido: Se clasifican de acuerdo al uso y al diseño. Las diferencias principales entre estos grupos se dan por la estructura y diseño de los electrodos (ó placas), el material activo y el electrolito

  • Baterías de tracción: para carretillas elevadoras, sillas de ruedas eléctricas y automóviles eléctricos. Estas baterías están sujetas a una constante y relativamente pequeña descarga, durante largos periodos de tiempo, lo que supone un alto grado de descarga. Hay que procurar recargarlas, preferiblemente de 8 a 16 horas cada día antes de que se vuelvan a descargar. Se caracterizan por tener electrodos muy gruesos, rejillas pesadas y exceso de material activo.
  • Baterías de arranque: para arrancar automóviles y otros vehículos de motor diesel y gasolina. Se caracterizan por ser baterías capaces de descargar el máximo de corriente posible en un corto espacio de tiempo manteniendo un alto voltaje. Tienen que ser capaces de aguantar muchas descargas incluso con cambios fuertes de temperatura para poder cumplir su tarea principal, que es arrancar un motor, se necesita mucha energía en un periodo corto de tiempo. Las baterías de arranque tienen generalmente una baja resistencia interna
  • Baterías estacionarias: para fuentes de alimentación de emergencia y fuentes de alimentación ininterrumpida para usos de informática (UPS). Las baterías estacionarias están constantemente siendo cargadas y se debe tener cuidado de evitar que se sequen. El electrolito y el material de la rejilla del electrodo están diseñados de forma que se minimice la corrosión.

Para aplicaciones de energía solar y eólica, las baterías de plomo mas usados se parecen a los de tracción, que se usan en autos y camiones, pero son optimizadas para una aplicación diferente. En los carros es importante disponer 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 (placas muy delgadas).

En sistemas solares y eólicas las baterías tienen que dar la energía sobre un tiempo considerablemente más largo y frecuentemente se descargan a niveles más bajos. Estas baterías de tipo ciclo profundo tienen capas de plomo más 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.

De acuerdo al tipo del electrolito utilizado las baterías se clasifican en:

  • Baterías Liquidas son las más antiguas y tienen precios favorables. Son cerradas pero tienen válvulas para que los gases puedan escapar durante cargas excesivas (en 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 el peligro de perder el muy agresivo ácido, 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.  Es muy importante para estos tipos de batería trabajen en sitios ventilados y no a temperaturas bajo cero pues pueden destruirlas rápidamente.
  • Baterías tipo VRLA : Estas baterías modernas tampoco es que 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.
  • Baterías de Gel. En estas baterías, el ácido es en forma de gel. Su gran ventaja es que ya no hay líquido que se puede perder, son cerradas y funcionan en cualquier posición. Son más resistentes a bajas temperaturas, la vida útil es mucho mayor que la vida de las baterías liquidas y son las menor afectadas ante 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 se usan frecuentemente en la industria y la telecomunicación.
  • Baterías tipo AGM. En estas baterías, el ácido esta fijado en fibras de vidrio. Son cada vez mas usadas en aplicaciones solares y eólicos. Sus ventajas además de las antes citadas en llas baterías de Gel, es que presentan una mayor resistencia en climas fríos, su auto descarga es mínima y tiene la eficiencia más alta de todas las baterías de plomo acido (hasta 95%). Tienen una baja resistencia interna que permiten corrientes altas. Su desventaja, es el precio más elevado, es su vulnerabilidad algo más alta a descargas profundas.

La vida de estas baterías depende, aparte de la calidad de la fabricación y del tipo, sobre todo de su uso correcto. Con el uso difícil a controlar, los fabricantes prefieren no ofrecer garantías largas. Aunque todos queremos saber cuantos años dura una batería, lo que se puede medir son ciclos de carga/descarga a una profundidad de descarga (y a una temperatura) determinada.

La mayoría de baterías de carros viven menos de 200 ciclos si se descarga regularmente a 50% de su capacidad. Baterías liquidas de ciclo profundo (incluso las ‘selladas’) son capaces de 400 ciclos, baterías de AGM y de Gel superan fácilmente 800 ciclos. Hay baterías de Gel para el uso industrial (tipo OPzV) que pueden manejar más de 10,000 ciclos! Los años de vida depende entonces de su uso: si se conoce la profundidad de descarga se puede estimar su vida en años. Pero exponerlas a temperaturas elevadas o descargarlas solamente pocas veces arruina el cálculo.

Bateria

Todas las baterías a base de plomo necesitan una buena carga. Baterías de calidad, siempre llenas, sin sobrecargarlas, pueden vivir 10 años o más. Si se descargan frecuentemente en forma profunda, mueren más rápidamente. La ilustración en la parte superior muestra la profundidad de descarga versus el número de ciclos. Mantenerlas sin alimento sobre un tiempo prolongado es su fin.

¿En la práctica esto que significa? instalar suficiente capacidad para descargar las baterías a no menos de 50% de su valor nominal. Tener un banco de batería de capacidad adecuada, tiene además el importante beneficio de aumentar las reservas para los días con poco sol o viento y para situaciones de emergencias cuando de repente se necesita más luz. Entonces, dependiendo de la necesidad de electricidad, es importante calcular un balance óptimo para la capacidad instalada.

Lamentablemente muchos usuarios por desconocimiento, prefieren ahorrar en baterías, y en un corto periodo se encuentran con la sorpresa de que la batería está muerta en poco tiempo. La entonces expresada opinión que las baterías son malas frecuentemente no es correcta, es su uso inapropiado.

La temperatura es un factor externo e inevitable, que tiene gran influencia sobre la batería. No quieren el frio, ni el calor: una temperatura entre 20 y 25°C es lo óptimo para una batería en uso.

Relación entre la temperatura y la vida de una batería: A más alta temperatura, la vida es más corta. Una temperatura 10 grados arriba del óptimo puede cortar la vida por la mitad.

Bateria_duracion

La gráfica ilustra este fenómeno. Si mismo en temperaturas bajas, la capacidad de almacenar energía disminuye. Es por eso que una batería sin uso, es preferible mantenerla a una temperatura más baja.

La temperatura también influye como cargar una batería. Con el aumento de la temperatura hay que disminuir el voltaje para evitar una gasificación, pero todavía asegurando una carga completa. Atención: una gasificación (sobrecarga) en baterías selladas (libre de mantenimiento) no es recuperable: el liquido se pierde por las válvulas sin tener la posibilidad de rellenarlas. Por eso, todos los controladores buenos tienen una compensación de temperatura incorporada.

La eficiencia de una batería puede varían según: su tipo, temperatura de operación, ciclos de vida, el estado de descarga y su calidad de construcción. Considerar que los fabricantes de baterías miden la capacidad de las mismas, sobre diferente tiempo de descarga.

Lo que es importante conocer, es que una batería descargada con una corriente alta en poco tiempo, tiene menos capacidad que la misma batería descargada con una corriente pequeña sobre un tiempo prolongado. Normalmente se indican la capacidad de la batería descargada sobre 24 horas (a 25°C), pero algunos fabricantes miden esta capacidad hasta 100 horas.

Más importante aún es la diferencia entre la cantidad de energía que entra en la batería durante la carga y la que esta realmente disponible en la batería durante la descarga. Esta eficiencia de Coulomb (conocida como eficiencia o rendimiento Faradaico) es en baterías normales de plomo entre 70 y 85%. Ejemplo que de 100Ah producidos para cargar la batería, solamente entre 70 y 85Ah son disponible, el resto de la energía se pierde principalmente en calor. Se encuentran en el mercado baterías de muy buena calidad, sobre todo los de tipo AGM, que pueden tener una eficiencia hasta 90%.

Queremos destacar que no existe la mejor batería, es de encontrar la batería óptima para cada solución. Existe una clara tendencia de cada vez más usar los de tipo AGM por su buena relación de vida por precio y su manejo fácil con poco peligro.

Para usuarios que siempre pueda asegurar la atención necesaria, una batería liquida tradicional puede ser la mejor opción sobre todo considerando el precio y su beneficio.

Como sea, en sistemas de respaldo de energía, no podemos ahorrar en baterías. Las Batería son el ‘Talón de Aquiles’ de cualquier sistema solar autónomo (tipo isla).