Uno de los errores mas costosos y normales de cometer es el de conectar las baterías. El conectar las baterías es uno de los procesos mas importantes en un sistema solar fotovoltaico apoyado con baterías. Lo primero que debemos conocer es el voltaje de operacion de nuestro inversor, los voltajes mas comunes de los inversores son 12V,24V y 48V. De acuerdo al voltaje de nuestro inversor asi sera la conexion de nuestras baterías.

Si tenemos un inversor que es de 12V y tenemos baterias de 6V la conexion de nuestro banco de baterias seria dos baterias de 6V en serie, si nuestra bateria es de 12V la conexion seria directa con el inversor ya que es el mismo voltaje de nuestro equipo. Si nuestro equipo es de 24V y las baterias son de 6V tendremos entonces 4 baterías en serie de 6V y si las baterías son de 12V seria una conexión de 2 baterías en serie hacia el inversor.

Por último si tenemos un inversor de 48V tenemos entonces una conexion de 8 baterias de 6V en serie para lograr nuestros 48V y en baterías 12V tendriamos una serie de 4 baterías hacia nuestro inversor.

Luego de conectar la mayoria de las configuraciones más comunes ahora discutiremos como aumentar la capacidad de nuestros bancos de baterías, esto lo logramos haciendo bancos en paralelos. Al conectar bancos en paralelos logramos duplicar la capacidad de nuestro sistema de almacenamiento.

Pongamos de ejemplo las siguientes baterías:

6V@200Ah

12V@200Ah

Ahora repetiremos las conexiones anteriores pero haciendo configuración en paralelo.

Inversor 12V, con una batería tenemos una capacidad de 12V@200Ah, si a este mismo sistema instalamos otra bateria en paralelo tenemos ahora 12V@400Ah, Si hacemos la misma configuracion con baterías 6V tenemos 2 baterías en serie para un sistema de 12V@200Ah, ahora ponemos otro banco en paralelo, tenemos 4 Baterías; 2 Bancos de 2 Baterias en serie y a su vez en paralelo las series para un sistema 12V@400Ah.

Inversor 24V, con dos baterías en serie tenemos una capacidad de 24V@200Ah, si a este mismo sistema instalamos otra serie en paralelo tenemos ahora 24V@400Ah, Si hacemos la misma configuracion con baterías 6V tenemos 4 baterías en serie para un sistema de 12V@200Ah, ahora ponemos otro banco en paralelo, tenemos 8 Baterías; 2 Bancos de 4 Baterias en serie y a su vez en paralelo las series para un sistema 24V@400Ah.

Inversor 48V, con una 4 batería tenemos una capacidad de 48V@200Ah, si a este mismo sistema instalamos otra serie de 8 baterias en paralelo tenemos ahora 48V@400Ah, Si hacemos la misma configuracion con baterías 6V tenemos 8 baterías en serie para un sistema de 48V@200Ah, ahora ponemos otro banco en paralelo, tenemos 16 Baterías; 2 Bancos de 8 Baterias en serie y a su vez en paralelo las series para un sistema 48V@400Ah.

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El controlador PWM es en esencia un interruptor que conecta una matriz solar a una batería. El resultado es que el voltaje de la matriz se reducirá hasta cerca del de la batería.

El controlador MPPT es más sofisticado (y más caro): ajustará su voltaje de entrada para recolectar la máxima potencia de la matriz solar y luego transformará esta energía para suministrar el requisito de voltaje variable, de la batería más la carga. Por lo tanto, esencialmente desacopla la matriz y los voltajes de la batería para que pueda haber, por ejemplo, una batería de 12 voltios en  un lado del controlador de carga MPPT y una gran cantidad de celdas cableadas en serie para producir 36 voltios en el otro.

2. Las fortalezas gemelas resultantes de un controlador MPPT

a) Seguimiento del punto de máxima potencia

El controlador MPPT cosechará más energía de la matriz solar. La ventaja de rendimiento es sustancial (10% a 40%) cuando la temperatura de la célula solar es baja (por debajo de 45 ° C), o muy alta (por encima de 75 ° C), o cuando la irradiancia es muy baja.

A alta temperatura o baja irradiancion , el voltaje de salida de la matriz disminuirá drásticamente. Luego se deben conectar más celdas en serie para asegurarse de que el voltaje de salida de la matriz exceda el voltaje de la batería por un margen cómodo.

b) Menor costo de cableado y/o menores pérdidas de cableado

La ley de Ohm nos dice que las pérdidas debidas a la resistencia del cable son Pc (vatios) = Rc  x I², donde Rc es la resistencia del cable. Lo que esta fórmula muestra es que para una pérdida de cable dada, el área de la sección transversal del cable se puede reducir en un factor de cuatro al duplicar el voltaje de la matriz.

En el caso de una potencia nominal dada, más celdas en serie aumentarán el voltaje de salida y reducirán la corriente de salida de la matriz (P = V x I, por lo tanto, si P no cambia, entonces debo disminuir cuando V aumenta).

A medida que aumenta el tamaño de la matriz, aumentará la longitud del cable. La opción de cablear más paneles en serie y, por lo tanto, disminuir el área de la sección transversal del cable con una caída resultante en el costo, es una razón convincente para instalar un controlador MPPT tan pronto como la potencia de la matriz exceda unos pocos cientos de vatios (batería de 12 V) o varios 100 vatios (batería de 24 V o 48 V).

3. Conclusión

PWM

El controlador de carga PWM es una buena solución de bajo costo solo para sistemas pequeños, cuando la temperatura de la célula solar es moderada a alta (entre 45 ° C y 75 ° C).

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Las baterías se clasifican en tres categorías

• Larga Duración
• Para uso General
• Alto Desempeño

Larga duración:

• Placas positivas finas (0.25 – 0.35 pulgadas)
• Separadores finos (Naranja, marrón, amarillo)
• Mallas de retención ( Aguanta el material activo)
• Postes de plomo ( son de plomo puro)
• Baja gravedad especifica ( SG = 1.215)
• Aplicaciones comunes: Telecomunicaciones

Celdas de Uso General

• Placas positivas medianas – finas  ( 0.25 – 0.30 pulgadas)
• Separadores Medianos / Finos
• Malla retenedora
• Postes de plomo o cobre
• Gravedad especifica Baja ( SG = 1.215)

Aplicaciones comunes:

Estaciones generatrices / Subestaciones

Controles industriales Switchgears

Celdas de Alto Rendimiento

• Placas positivas finas (0.20 pulgadas )
• Separadores Finos
• Copper – inserted ó cobre puro, lead – plated post
• Alta gravedad especifica (SG = 1.250)
• Aplicaciones comunes (UPS Systems)

Nota : Entre mas cerca estén las placas positivas y negativas mejor desempeño lo que implica que tienen un separador más fino.

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La placa esta compuesta por la Rejilla (positiva o negativa), y la pasta o material activo.

Rejilla

Fabricada con una aleación en caso de las baterías VRLA de PLOMO CALCIO que proporciona resistencia y flexibilidad a la rejilla y minimiza la gasificación del electrolito.

Pasta

Material Activo

• Placa Positiva: Oxido de Plomo + Perborato de Sodio + Fibra de Vidrio.
• Placa Negativa: Plomo esponjoso + Carbonato Mineral (expansor) + Fibra de Vidrio.

Separador de Polietileno

• Los separadores se usan para evitar el cortocircuito entre la placa positiva y negativa.
• Fabricados de polietileno de alta resistencia.
• La porosidad del separador permite que el electrolito penetre y haga contacto con la placa activando una reacción química eléctrica.Mayor resistencia a la perforación.Menor resistencia a la conductividad.
• Mayor durabilidad.

Electrolito

• Es la mezcla de 65% de agua y 35% de ácido sulfúrico.
• El electrolito se mide de acuerdo a su gravedad específica con un hidrómetro.
• Entre mas baja sea la gravedad específica del electrolito mas baja será la carga de la batería. Esto es, el estado de carga de la batería esta determinada por la gravedad específica del electrolito.

Rejillas de la batería

La rejilla es el corazón de la batería porque transporta la energía dentro y fuera de las placas. Las rejillas de la batería están hechas de plomo mezclado con otros metales para que tengan una mayor fortaleza. En el pasado el antimonio era el agente preferido para fortalecer. Ahora muchas baterías libres de mantenimiento comúnmente usan rejillas hechas de calcio y plomo. La corrosión gradual es normal durante la vida de servicio de una batería. Es el enemigo natural de la rejilla positiva. La corrosión comienza en la superficie de la rejilla, en los sitios donde el electrolito deposita gránulos de materia sólida y poco a poco penetra dentro de la misma. Mientras la rejilla se corroe, se debilita, porque las divisiones de metal se adelgazan. Esto disminuye su capacidad de transporte de energía. En casos extremos, algunos alambres o secciones de la rejilla se dañan completamente y se excluyen del circuito eléctrico.

La corrosión tiene lugar primeramente en la rejilla positiva. El proceso es más pronunciado en baterías que rutinariamente experimentan sobrecarga.

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La batería tiene varios componentes, cada uno de los materiales dentro de la batería tienen diferentes composiciones químicas. La placa positiva contiene dióxido de plomo, que consiste en plomo y oxígeno y tiene un color café oscuro mientras que la placa negativa contiene plomo esponjoso y es de color gris. El electrolito está hecho de agua y ácido sulfúrico. Dentro de la batería, los químicos activos reaccionan para crear una corriente directa siempre que haya una carga eléctrica (encendiendo del motor, luces, radio u otros accesorios). Esta corriente directa es producida por las reacciones químicas entre las diferentes placas y el ácido sulfúrico en el electrolito. La corriente disponible está limitada por el área activa y el peso del material de las placas, así como la cantidad de ácido sulfúrico en el electrolito. Una vez que han reaccionado la mayoría de los materiales activos, la batería puede crear poco o ninguna  energía. Entonces la batería se descarga y debe ser recargada para volver a ser usada.

Reacciones químicas mientras la batería se recarga

Dentro de cada batería, la celda es un contenedor de electrolito. El electrolito es usado para conducir corriente entre las placas positivas y negativas. A medida que una batería pierde su carga, la composición química del electrolito se asemeja más al agua. Cuando esto ocurre, la batería debe ser cargada para que retorne a su mejor rendimiento.  La composición química durante la recarga de la batería (los químicos regresan a su composición original). El sulfato radical, en el sulfato de plomo encontrado en ambas placas, positiva y negativa, regresan al electrolito. Los dos átomos de oxígeno en el electrolito regresan a la placa positiva.

Reacciones químicas mientras la batería se descarga

El dióxido de plomo en la placa positiva reacciona con un sulfato radical desde el electrolito a la forma de sulfato de plomo. El oxígeno se combina con hidrógeno en el electrolito para formar agua y gas hidrógeno. El plomo en la placa negativa reacciona con un sulfato radical del electrolito para también formar sulfato de plomo. A medida que aumentan los sulfatos radicales, el electrolito se asemeja más al agua.

Teoría de operación

En las baterías con válvulas reguladoras  (VRLA) el ensamblaje consiste en materiales activos de dióxido de plomo (PbO2) placa positiva, ácido sulfúrico (H2SO4) electrolito esponjoso (poroso), plomo (Pb) placa negativa. Cuando una carga es conectada entre las placas positivas y negativas, comienza una reacción química en la celda la cual produce una energía eléctrica (corriente) a través de la carga mientras que estos materiales son convertidos en sulfato de plomo (H2SO4) y agua (H2O). Cuando la carga es removida y reemplazada por una fuente de corriente DC (cargador) una corriente eléctrica comienza a fluir a través de la batería en dirección opuesta a la descarga, convirtiendo los materiales activos a sus estados originales de dióxido de plomo, ácido sulfúrico y plomo. Esta recarga devuelve a la batería su energía potencial haciéndola disponible de nuevo para producir corriente eléctrica. Este proceso es demostrado por las ecuaciones 1,2 y 3: 

En teoría, este proceso de carga y descarga puede continuar indefinidamente donde las rejillas de dióxido de plomo (PbO2) y plomo (Pb) no sufren de corrosión , el deterioro del dióxido de plomo y el plomo en las placas positivas y negativas provocan que el electrolito se seque, terminando así la vida útil de la batería.

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Mirando el precio actual de la electricidad basada en combustibles fósiles, es bastante práctico convertirla en un sistema de energía solar. Sin embargo, con la creciente preocupación por el estado de la tierra, realmente existe la necesidad de encontrar otros medios de energía aparte de lo que las centrales eléctricas están utilizando en este momento. ¿Dónde te colocas?

Si usted es un defensor de la energía limpia o simplemente le importa dónde van sus finanzas, mirar los pros y los contras del sistema de energía solar residencial lo ayudará a decidir si convertir o no.

Pros

La energía solar es gratuita. ¿Sabías que la tierra absorbe 174 pettavatios de radiación solar? Esto significa que tenemos una fuente más que suficiente de energía gratuita para alimentar todas las casas del mundo. Desafortunadamente, la mayor parte de nuestra energía todavía proviene del petróleo, el gas y el carbón. Pero en los últimos años, hay un aumento constante de la demanda de energía alternativa y renovable como la energía solar. Se estima que la demanda de fuentes alternativas de energía aumentará en un 53% entre 1999 y 2020.

La energía solar es limpia, renovable y sostenible. Debido a que la energía creada a partir de los rayos del sol no produce subproductos como los de las centrales eléctricas de combustibles fósiles (dióxido de azufre, óxido de nitrógeno, mercurio o dióxido de carbono), no contribuye a la contaminación. En consecuencia, el aumento en el uso de energía solar y otras formas alternativas de energía disminuirá la demanda de centrales eléctricas productoras de gases de efecto invernadero. 

El precio de los paneles fotovoltaicas está disminuyendo constantemente. La demanda de paneles solares ha aumentado en un 67% en los Estados Unidos en 2021 y está aumentando constantemente sobre una base mensual. El aumento de la demanda se traduce en la mejora de la tecnología solar en su conjunto. Los precios de los paneles fotovoltaicas han disminuido en promedio un 5% cada año durante los últimos 15 años.

Los paneles solares se pueden instalar en la mayoría de los tejados, eliminando el problema de encontrar un lugar adecuado para la instalación. Los paneles solares requieren poco o ningún mantenimiento. La tecnología original de células fotovoltaicas se utiliza para la mayoría de los satélites que orbitan nuestra tierra hoy en día y que no se mantienen en absoluto. Muchos fabricantes de paneles solares ofrecen de 25 a 40 años de garantía en sus productos.

Debido a que la mayoría de las áreas del país reciben una cantidad sustancial de luz solar durante todo el año, los paneles solares se pueden instalar en cualquier lugar.

Muchos estados del país otorgan créditos fiscales y reembolsos a los hogares que desean instalar un sistema de energía solar. Consulte con el gobierno de su estado el costo de estos incentivos.

Contras

Si bien los precios de los paneles fotovoltaicas están en constante declive, el costo de instalación es sustancialmente alto en comparación con el costo eléctrico actual. Pero lo bueno es que, después de su retiro inicial, no tiene que pagar todos los meses en facturas de electricidad por el resto de su vida.

En áreas urbanas y áreas con problemas de contaminación pesada, la energía solar puede no funcionar tan bien. El clima también puede afectar la eficiencia de la energía solar. Si llueve, hace un clima nublado o si hay un huracán, la eficiencia de los paneles solares disminuye. 

Sólo estás produciendo energía durante el día.

Estos son pros y contras generales que puede encontrar al considerar la conversión al sistema de energía solar. Sería mejor si su decisión se basa en la ubicación, el costo, el presupuesto, los reembolsos, los créditos fiscales y la practicidad.

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