Capacidad de baterías para un sistema fotovoltaico: parte 1

La capacidad de baterías en un sistema de energía solar, definen su operatividad cuando los paneles solares ven reducida su generación de electricidad. Es por ello que un correcto cálculo de esta capacidad hace confiable al sistema fotovoltaico.

Por ello, en este post, te damos la forma de hacer estos cálculos, en teoría y con un ejemplo. Esto lo realizaremos de la forma más sencilla y luego iremos agregando parámetros para tomar en cuenta las diferentes variables de estos equipos.

Para que te pongas en contexto, te invitamos a leer nuestro artículo Las baterías y sus generalidades. ¡Empecemos!

Calculando la capacidad de baterías tomando en cuenta la potencia del sistema y su autonomía

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En este caso, se utilizaría la siguiente fórmula:

Donde:

P_s; potencia de consumo del sistema

T_a; tiempo de autonomía al sistema que debe ofrecer la batería

EF; eficiencia del sistema

Ejemplo

Supongamos que queremos calcular la capacidad de las baterías, para dar 4 horas de autonomía a un sistema solar de 2000 W. Respecto a la eficiencia del sistema, este es un valor importante que varia de acuerdo al tipo de batería, paneles solares, etc.

Este valor se encuentra entre el 80 y 90 %, en sistemas fotovoltaicos típicos, lo que equivale a 0,80 y 0,90. Tomaremos un valor promedio de 0,85. Entonces, aplicando la fórmula tenemos:

Pero, la capacidad de la batería usualmente se expresa en Amperio – hora (Ah). Para ello, se divide entre el voltaje de batería del sistema de energía solar, que vamos a asumirlo en 12 V. Entonces:

Entonces, se requeriría una batería de 12 Vdc y 784.30 Ah para mantener una carga de 2000 W durante 4 horas. El valor comercial sería de 800 Ah. Por ejemplo, se podrían colocar 4 baterías de 12 Vdc, en paralelo, de 200 Ah.

Calculando la capacidad de baterías adicionando la eficiencia de carga y descarga

¿Qué es la eficiencia de carga y descarga de baterías?. Veamos:

Eficiencia en la carga

Este factor cuantifica la energía que se almacena en comparación con la que se suministra a la batería, durante el proceso de carga. Así, poniendo por ejemplo, si durante la carga se suministran 200 Vatios – hora (Wh) pero se almacenan 180 Wh quiere decir que la perdida es de 20 Wh.

Entonces, la eficiencia de la carga sería del 90 % o 0,9.

Eficiencia en la descarga

Establece la cantidad de energía que se le puede extraer, a la batería, durante el proceso de descarga. Esto con respecto a la energía almacenada.

Por ejemplo, si una batería tiene almacenados un máximo de 200 Wh, pero es capaz de entregar 180 Wh. Tendrá 20 Wh como perdidas internas, entonces la eficiencia de la descarga sería del 90 % o 0,9.

Estas eficiencias varían por el estado y tipo de la batería, temperatura, condiciones de descarga y carga, entre otras variables. Cuando vas a diseñar respaldo de sistemas solares, es importante tomar en cuanta estos factores, puesto que influyen en la cantidad de energía disponible.

La eficiencia de carga y descarga, teóricamente, estarían entre 0 y el 100 % (0 y 1). Pero en la práctica, los valores típicos están entre el 80 y el 90 %, es decir, entre 0,80 y 0,90.

Luego, la ecuación para el cálculo de la capacidad de la batería, tomando en cuenta la eficiencia de descarga y carga de la batería, sería:

Donde:

P_S; potencia de consumo del sistema

t_a; tiempo de autonomía al sistema que debe ofrecer la batería

ES; eficiencia del sistema

EC; eficiencia de carga de la batería

ED; eficiencia de descarga de la batería

Ejemplo

Asumamos que deseamos calcular la capacidad de la batería con los siguientes valores:

• Potencia del sistema: 1000 W
• Tiempo de autonomía del sistema: 5 horas
• Eficiencia del sistema: 0,85
• Eficiencia de carga de la batería: 0,90
• Eficiencia de descarga de la batería: 0,88
• Voltaje de batería del sistema: 12 V

Por lo tanto:

Ahora, llevándolo a Ah sería:

Entonces, podrías colocar una batería de 600 Ah, o 3 baterías en paralelo de 200 Ah. Esta pequeña reducción, con respecto a lo calculado, no afectará significativamente el tiempo de autonomía del sistema.

Como podrás observar, hasta ahora el cálculo de las baterías no presenta mayor dificultad con las variables que incluimos. En nuestro próximo post llamado Cálculo de capacidad de baterías para un sistema fotovoltaico: parte 2 continuaremos con este dimensionamiento.

Que, aunque se incluyen otros parámetros, serán tan fáciles como este cálculo que te presentamos. Ya que nuestro propósito, es hacerlo sin tecnicismos para que aprendas a realizarlo sin problema alguno.

Nuestro Curso de dimensionamiento y diseño de sistemas de energía DC para telecomunicaciones y sistemas críticos te muestra un ejemplo práctico de diseño con baterías. En este link te incluimos el contenido.

En el blog de energydcac encontrarás mucho contenido referido a este tema y otros de energía DC y solar. ¡Consúltalo y verás!

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