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Baterías: renovables a tiempo completo

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Sol, viento y agua full time. Energías renovables disponibles a cualquier hora. Las baterías se han convertido en el aliado perfecto de las energías limpias. En este reportaje vamos a ver qué opciones están disponibles en el mercado. Y por qué elegir una batería solo por el precio o por la tecnología no es lo más recomendable. Lo ideal es elegirla en función del uso que le vamos a dar. Bornay nos ayuda a entender las claves que hay que tener en cuenta.
Baterías: renovables a tiempo completo
Baterias de litio Pylontech, con inversores Victron, en vivienda en Alicante. Realizada por Lucafar

Las baterías son los productos encargados de almacenar la energía de una instalación de renovables, para suministrarla independientemente de la producción (por ejemplo, en días con poca luz o durante la noche). El tipo de uso marca la elección de la batería. La decisión sobre qué baterías poner en una instalación de renovables está, en la actualidad, más condicionada por el precio o la tecnología (litio ó plomo) que por la necesidad de energía real que va a tener la instalación. Y no es lo más acertado, porque cuando una batería se elige mal va a influir, inevitablemente y de manera negativa, en su vida útil.

La gran cantidad de marcas existentes en el mercado y el acceso, cada vez más fácil, del usuario final a toda la información y precios de los equipos de renovables provocan que, en ocasiones, se dimensionen de forma inadecuada las instalaciones. Ante tal cantidad de información disponible, el papel del instalador es clave: asesorar al cliente de cuál es la mejor opción y no basarse únicamente en el precio o la tecnología. Y es un papel primordial, sobre todo ahora que está quedando muy claro el importante papel de las energías renovables en la sostenibilidad medioambiental del planeta y su capacidad para hacer frente al cambio climático.

Las baterías son una opción excelente para disponer de libertad energética. Muchas personas están, en los períodos de confinamiento a los que nos hemos visto obligados, cambiando sus hábitos de vida y de trabajo. Muchas personas han optado por vivir y trabajar en segundas residencias, en espacios alejados de las ciudades y donde el contacto con la naturaleza se torna más fácil. Esas segundas residencias son, en muchas ocasiones, casas aisladas para las que una instalación de renovables bien dimensionada es la solución perfecta.

Para qué queremos la energía
Para elegir las baterías más adecuadas para cada instalación es conveniente realizar un estudio exhaustivo sobre los usos de la energía por parte de los clientes:
– Tipos de consumos conectados (electrodomésticos, iluminación…)
– Hábitos de consumo
– Temperatura ambiente del habitáculo de las baterías
– Autonomía deseada
– Potencia máxima instantánea

En función de las respuestas obtenidas se elegirán los componentes de la instalación y, entre ellos, las baterías más adecuadas para esos consumos y esos ciclos de descarga. El objetivo debe ser que el cliente disponga de una instalación con los productos más adecuados a su tipo de consumo para que tenga la mejor durabilidad en el tiempo.

Aerogenerador Bornay y baterías en Chad


Tipos de baterías
Bornay es fabricante de aerogeneradores de pequeña potencia y distribuidor de todos los productos que necesita una instalación de renovables. En este sentido, la empresa dispone de productos que atienden a toda la gama de necesidades de un cliente, con una filosofía muy clara, basada (sobre todo) en la calidad.

“Uno de los valores principales de Bornay es su área técnica, conformada por los ingenieros de I+D+i de la empresa y de los técnicos de atención permanente al cliente. Esta área es, también, la encargada de validar los productos que la empresa distribuye”, explican desde Bornay. Cuando se desea introducir un producto nuevo en la empresa, el área técnica es la primera en actuar para determinar si la calidad del producto es la adecuada con los estándares de calidad de la empresa. El departamento comercial se nutre de toda esta información para aconsejar adecuadamente a los instaladores sobre los productos más idóneos para cada instalación, acompañándolos, además, en el proceso de puesta en marcha de los equipos.
En el mercado podemos encontrar distintas tecnologías de baterías:

• Baterías de plomo y ácido: suelen proporcionar tensiones en múltiplos de dos, ya que la tensión que suministra cada celda es de 2V (voltios). Pueden suministrar intensidades de corriente relativamente grandes. Estas baterías están formadas por un depósito de ácido sulfúrico donde se sumergen placas de plomo, paralelas entre sí y alternas en cuanto a su polaridad. Son baterías abiertas. Requieren un mínimo mantenimiento para su correcto funcionamiento.

• Baterías de gel o AGM: disponen de un principio de funcionamiento similar al utilizado en las baterías de plomo y ácido comentado en el apartado anterior. En este caso se utiliza como fluido conductor un material gelificado en el caso de las baterías de Gel y un material absorbente en el caso de las AGM. Este tipo de baterías suelen ser herméticas y por tanto permiten la movilidad de estas durante su funcionamiento y también ofrecen una mayor versatilidad en cuanto a posiciones de funcionamiento. Por norma general estas baterías no requieren de mantenimiento.

• Baterías de ion de litio: han sido diseñadas para el almacenamiento de energía de forma innovadora empleando como electrolito sales de litio. En el proceso de carga y descarga de este tipo de batería intervienen en la reacción electroquímica los iones de litio. Esta batería requiere un proceso de carga y descarga diferente al de las baterías convencionales de plomo. Además, precisan un sistema activo de vigilancia continua del estado de la batería y de los procesos de carga y descarga comúnmente llamado BMS. Esto es así porque durante la carga y la descarga se producen reacciones que de no ser controladas pueden provocar daños importantes tanto a las propias baterías como al resto de la instalación.

En la siguiente tabla se ha realizado una comparativa de las diferentes tecnologías existentes en el mercado, comparando determinados aspectos importantes, tales como su vida útil, el tipo de mantenimiento, los usos más convenientes o su impacto medioambiental.

Tipos de baterías. Tabla de Bornay
Vista la tabla anterior, podríamos plantear diferentes escenarios:

1. Vivienda aislada de uso habitual
En una vivienda de uso habitual donde, además, uno de los miembros de la familia teletrabaja, tendrán un uso energético basado en calefacción / aire acondicionado, un frigorífico, una lavadora, tres ordenadores, televisión, calentador de agua caliente, iluminación del hogar (número de bombillas), etc. Estos serán los datos para revisar exhaustivamente para poder realizar un dimensionado adecuado de la instalación. Además, el uso de consumo será elevado, puesto de uno de los miembros teletrabaja y existen adolescentes que estudian diariamente.

Conociendo todos estos datos, el tipo de batería que se necesitaría en una instalación de estas características será normalmente de 24V para instalaciones con consumos entre 2 y 4 kilovatios pico. Y de 48V cuando la potencia pico instantánea sea igual o superior a los 5 kW. Las baterías deben ser o bien estacionarias o de litio. En el caso de las estacionarias pueden emplearse tanto baterías de gel (OPzV) como baterías de plomo abiertas (OPzS) cuyas capacidades suelen estar entre los 600 Ah y los 3.000 Ah en función de los consumos que existan.

2. Granjas
Se trata de instalaciones con alta demanda de potencia, sobre todo durante horas diurnas, debido la maquinaria destinada a la alimentación de animales o procesos de almacenaje de los cultivos. También hay mucho consumo en maquinaria destinada a la limpieza y mantenimiento del espacio donde están los animales y/o los productos cultivados. Además, suelen tener también mucha potencia instalada en equipos para el control de temperatura como ventiladores o extractores, y su horario de trabajo es intermitente durante todo el día. También suele haber bastante consumo en iluminación. A estas instalaciones siempre se le suele sumar el consumo de alguna vivienda con consumos básicos para las personas encargadas de la granja. Y suelen ser instalaciones totalmente aisladas de la red eléctrica.

En este tipo de instalaciones se suelen utilizar grupos electrógenos de apoyo para aquellos días en los que las fuentes renovables no proporcionan suficiente energía. Por lo general son instalaciones trifásicas.  

Para estos usos las baterías necesarias suelen ser a 48V y con baterías estacionarias de plomo, pueden ser de gel o de líquido abiertas. Ya se están haciendo muchas con baterías de litio también. La batería total resultante suele ser una batería de un tamaño considerable, superior e los 3.000 Ah.

3. Industrias aisladas
Este tipo de instalación normalmente consiste en una serie de consumos elevados debido a que existe maquinaria industrial. Por lo normal son instalaciones trifásicas. En este tipo de instalaciones las baterías que se deben utilizar deben ser estacionarias de plomo (gel o abiertas), o de litio de gran capacidad. Al igual que en el caso anterior, la batería total resultante suele ser una batería de un tamaño considerable, superior e los 3.000 Ah.

4. Segunda vivienda
Este tipo de instalación normalmente tiene unos consumos medios no demasiado elevados. Pueden ser instalaciones trifásicas, aunque lo más común es que sean monofásicas. Y puede haber red eléctrica de apoyo. En caso contrario hay ocasiones en las que se requiere la instalación de un grupo electrógeno de emergencia. Las baterías que se suelen instalar pueden ser tanto de 24V como de 48V, con unas capacidades entre los 600-2.000 Ah en el caso de baterías de plomo y de algo menos en el caso de utilizar litio, ya que las profundidades de descarga son mayores y se puede aprovechar mejor densidad de capacidad.

5. Instalaciones de Autoconsumo
Son instalaciones en las que sí existe suministro eléctrico, pero se pretende aportar un ahorro energético mediante fuentes de energía renovable. Independientemente de que haya vertido a la red eléctrica o no, se pueden categorizar en dos tipos:
– Autoconsumo directo
– Autoconsumo directo con almacenamiento de excedentes
Cuando se habla del almacenamiento de excedentes, directamente se está hablando de la necesidad del uso de baterías. En este caso las baterías a utilizar deben ser de litio ya que los requerimientos de carga y descarga suelen ser durante un mismo día y en algunas ocasiones incluso menores. Para este propósito existen dos tipologías de instalación en cuanto al voltaje de las baterías:
– Baterías de alto voltaje: normalmente trabajan con tensiones internas entre los 150- 400Vdc.
– Baterías de bajo voltaje: suelen ser de 48V, aunque existen modelos que trabajan también a 24V.

La capacidad de la batería para este tipo de instalación se suele calcular en torno a la demanda diaria ya que existe el respaldo constante de la red eléctrica y no se necesita por tanto una acumulación mayor.

6. Instalaciones en vehículos
Este tipo de instalaciones englobaría los montajes que se encuentran en vehículos como:
– Caravanas y autocaravanas
– Camiones
– Vehículos de servicios como ambulancias, bomberos, etc
– Autobuses
– Barcos

Son instalaciones pequeñas en las que los consumos no suelen ser muy elevados. Se trata de consumos como pequeña maquinaria, iluminación, pequeños electrodomésticos y consumos de ese tipo. Dependiendo del tipo de consumo y la duración del mismo se calculará el tamaño de la batería. En estos montajes se deben emplear baterías monoblock de gel o baterías de litio ya que no provocan ningún derrame de producto al someterlas a vibraciones. La elección de la tecnología a utilizar dependerá de las necesidades de potencia exigidas.

Los voltajes más utilizados suelen ser 12V, aunque puede haber casos en los que se requieran conjuntos de baterías de 24V e incluso de 48V, pero no son tan habituales. En cuanto a la capacidad de baterías, normalmente se reduce a uno o dos módulos en paralelo en el caso de las baterías de litio. Y de una batería por cada 12V en el caso de las baterías de gel.

El reciclaje de los materiales
Debido a su permanencia en el mercado, las baterías de plomo se reciclan casi en su totalidad. De hecho, el 98% del plomo que se utiliza en el mundo es reciclado. Sin embargo, el patito feo de las baterías de litio es el reciclaje. Al tratarse de una tecnología muy nueva, todavía no existen normativas claras para su reciclaje que, por otro lado, resulta más caro que obtenerlo nuevo. Y, en tercer lugar, el diseño no está especialmente pensado para reciclar, aspecto que sí se cuida en las baterías de plomo. Por tanto, al tratarse de una cuestión económica, mucho del litio que se desecha se utiliza en hormigones.

De momento, parece que no hay escasez de litio para desarrollar todos los productos que se desee. Pero dada nuestra experiencia humana sobre el desabastecimiento de recursos naturales, nada podría asegurarnos que con el litio no vaya a pasar. Por lo que sería conveniente ‘obligar’ a las empresas fabricantes a reciclarlo para hacer un aprovechamiento más justo e inteligente de los recursos.

“En conclusión, se podría decir existen diferentes tecnologías de baterías y topologías de instalaciones. Por lo tanto, es muy importante hacer un buen estudio de los requerimientos para, de este modo, seleccionar el tipo de batería adecuado para cada ocasión. No existe una regla única, pero sí parámetros que determinan la selección de un tipo de batería u otro. Por tanto, se recomienda que a la hora de enfrentarse a un diseño de este tipo se recurra siempre a empresas especializadas y con experiencia demostrable en este sector”, apuntan desde Bornay.

• Este artículo se ha publicado en el número de febrero de Energías Renovables en papel. Aquí puedes descargar gratis la revista en PDF.

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William Antonio Martínez
Gracias, muchas gracias por este fenomenal artículo, me ayuda a entender un poco más sobre los bancos de baterías en instalaciones aisladas.