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Baterías Eléctricas: Sus Fundamentos Técnicos

Una batería es la interconexión de varias pilas (acumuladores) conectados bien en serie, bien en paralelo, combinados para dar la tensión de salida y la capacidad de almacenamiento deseadas. Por ejemplo, tres acumuladores de plomo-ácido de 90 amperios hora y 2,1 voltios pueden conectarse en serie para obtener una batería de 6,3 voltios y de 90 amperios hora. Los mismos elementos pueden conectarse en paralelo para producir una batería de 2,1 voltios y 270 amperios hora. Una batería está constituida por varios elementos electroquímicos (pilas) que tienen la propiedad de convertir energía química en eléctrica. Cuando las reacciones químicas que se producen son irreversibles, la batería puede usarse sólo una vez y recibe el nombre de primaria. Si las reacciones químicas son reversibles y se puede recargar el elemento convirtiendo la energía eléctrica en química, la batería es denominada secundaria.

La batería diseñada para el almacenamiento de la energía solar fotovoltaica sería secundaria y debe tener un buen comportamiento frente a los ciclos de carga y descarga y una larga duración. Otras características necesarias son un mínimo mantenimiento, buena aceptación de la corriente, mínima auto descarga y alta fiabilidad. Durante el día los paneles generan energía que se emplea en satisfacer los consumos; la energía sobrante será absorbida por la batería (procesos de carga). Durante la noche, cuando el consumo es precisamente más elevado, la energía se extrae exclusivamente de la batería (proceso de descarga). Se completa así un ciclo diario de carga-descarga, que se irá repitiendo si las condiciones de iluminación son favorables. Sin embargo, si se produce un período de tiempo nublado, casi todo el consumo se hace a expensas de la energía acumulada en la batería, sin que esta pueda recargarse. Al pasar del periodo desfavorable, los paneles irán recargando la batería, pero hasta llegar a la capacidad plena tardarán varios días ya que al existir consumo, sólo una parte de la energía que producen los paneles será almacenada. De esta forma se completa un ciclo autónomo de la batería (la demanda energética se satisface únicamente con la capacidad útil de la batería).

Algunas baterías empleadas actualmente para almacenamiento de energías renovables son: Plomo-ácido, ion Litio, redox, sulfuro de sodio, bromo-poli sulfuro de sodio. Tradicionalmente, las baterías de plomo-ácido han sido los dispositivos preferentes de almacenamiento de energía en los sistemas fotovoltaicos. Sin embargo, como dispositivos de almacenamiento de energía, las baterías de litio, tienen características más favorables. Específicamente, se ha trabajado en una batería de fosfato de hierro y litio (LiFePO4). Los resultados demuestran que la batería de litio tiene una eficiencia energética del 95 por ciento, mientras que las baterías de plomo-ácido usadas normalmente en la actualidad sólo tienen una eficiencia energética de alrededor del 80 por ciento.   El peso de las baterías de litio es más bajo y tienen una expectativa de vida más larga que la de las baterías de plomo-ácido, alcanzando hasta 1.600 ciclos de carga/descarga, lo que significa que necesitarían ser reemplazadas con menos frecuencia.


 


Ejemplo tipo de una batería recargable es la bien conocida batería Plomo – ácido. En ella cada elemento consta de unas placas de plomo que actúan como cátodo (ocurre la reducción) intercaladas con placas de dióxido de plomo que actúan como ánodo (ocurre la oxidación). El electrolito empleado es ácido sulfúrico disuelto en agua. Su funcionamiento está basado en los siguientes procesos:

El sistema presenta dos características notables. La primera es que el   sulfato de plomo es producto común en ánodo y cátodo. La segunda, de gran interés práctico, es su alto potencial de descarga. La formación de sulfato de plomo en la descarga consume parte del ácido sulfúrico del electrolito. Al ser dicho ácido bastante más denso que el agua la densidad del sistema disminuye conforme se va agotando la batería. En este fenómeno se basan los densímetros con los que popularmente se comprueba el estado de carga de este acumulador. En el caso concreto de la aplicación solar, la utilización de la medida de la densidad para detectar el estado de carga tiene ciertas limitaciones: la variación de la densidad con el estado de carga será inferior a otras aplicaciones a causa de la elevada reserva de electrolito que deben tener las baterías solares; por otra parte, en los grandes períodos de tiempo que deben permanecer las baterías en estado de carga parcial, se producirá una falta de homogenización del electrolito y la lectura del densímetro no será fiable. Para mejorar sus características se han desarrollado diversos sistemas como son los acumuladores de plomo- antimonio (Pb-Sb) y los acumuladores plomo - calcio (Pb - Ca).

Autores

Imagen eliminada.

Prof.a Olga de Márquez, Universidad de Los Andes, Facultad de Ciencias, Laboratorio de Electroquímica, Mérida, Venezuela.

Imagen eliminada.

Prof. Jairo Márquez, Universidad de Los Andes, Facultad de Ciencias, Laboratorio de Electroquímica, Mérida, Venezuela.

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