Transcript TV SEC BATERIAS 2 - Proyecto de Energía Renovable

BATERIAS PARA
TV SECUNDARIAS
OPERADAS CON ENERGIA SOLAR
SANDIA NATIONAL
LABORATORIES
ARTURO ROMERO PAREDES R.
BATE R IAS
Esto es historia.
• Los arqueologos han encontrado baterias
primitivas que datan del 2000 a.C.
• Los origenes cientificos se ubican en el siglo
XVIII.
• En 1780 Galvani descubre el fenomeno
electroquimico.
• En 1793, Volta establece la fuerza electromotriz de
los metales.
• En 1834, Faraday desarrolla los principios
electroquimicos.
ELECTRONES.
CARGA ELECTRICA
ANIONES
Cu
Zn
CATIONES
Zn
CATODO
Cu
ANODO
ESQUEMA PILA DE DANIELL EN CARGA.
REACCIONES ELECTROQUIMICAS
• Las baterias de Plomo-Acido, usa dioxido de plomo como
material activo (+) y plomo esponjoso (-).
• Los materiales activos estan soportados en rejillas de una
aleacion de base Plomo, formado las placas.
• El electrolito es acido sulfurico (37%) que actua de
conductor ionico.
• Tiene la particularidad de intervenir en las reacciones de
carga-descarga por lo que es un material activo.
• Mecanismo de Carga-Descarga –teoria de la “doble
sulfatación” se rige por las reacciones:
REACCIONES QUIMICAS
ELECTRODO NEGATIVO:
Pb
Descarga
Pb2+ 2e
Carga
Descarga
Pb2 + SO4-2
Pb SO4
Carga
ELECTRODO POSITIVO
Descarga
PbO2 + 4H+ + 2e
Carga
Pb2+ 2H2O
Descarga
Pb2 + SO4-2
Carga
Pb SO4
REACCION GLOBAL
Descarga
Pb + PbO2 + 2H2SO4
2PbSO4 + 2H2O
Carga
REACCIONES ELECTROQUIMICAS
• Se puede observar en la descarga, ambos
electrodos transforman el material activo a
solfato de plomo, consumiendo electrolito y
formando agua en el electrodo (+).
• Por lo que durante la descarga el elctrolito
pierde concentracion.
• Lo contrario ocurre durante la carga.
Clasificación de las baterías.
• Existen varios criterios para la clasificación.
• Por la posibilidad de carga (Primarias,
secundarias).
• Por el tipo de electrodo (Pb-acido, Ni-Cd..)
• Por la forma de uso (Portatiles, Estacionarias)
• Por el tipo de electrolito (Acuoso, no acuoso,
alcalinas)
• Por su tamaño (mWh hasta MWh)
• Por su aplicación (Arranque, traccion..)
• Por su estado de desarrollo
Baterias Descarga Profunda
• Las baterias de
descarga profunda
tienen placas mas
gruesas.
• Su capacidad de
recuperacion de carga
es mas grande.
• Su tiempo de vida es
mas largo.
Baterías Automotríz
• Las baterias tipo
automotriz son de
menor tiempo de vida.
• Las descargas
profundas pueden
dañar las baterias
permanentemente.
Baterias de Plomo Acido
• Las baterias Delco
2000 se les denomina
hibridas.
• No son precisamente
selladas
• Si son libres de
mantenimiento
• Tvida= 3-5 años
BATERIAS PLOMO ACIDO
• BATERIA DE CICLO
PROFUNDO.
• ABIERTA
• 6 VOLS NOMINALES
• REQUIERE DE
MANTENIMIENTO
• ALTA CAPACIDAD DE
DESCARGA
• Top: < 30°C
• TIEMPO DE VIDA: 5 A
10 AÑOS.
BATERIAS DE PLOMO ACIDO
• SOPORTAN
ARREGLOS HASTA
DE 48 vcd
• SON UTILES PARA
APLICACIONES FV
• REQUIEREN DE
MANTENIMIENTO.
• DESPRENDEN
HIDROGENO
BATERIAS DE PLOMO ACIDO
• BATERIAS DE CICLO
PROFUNDO
• ABIERTA
• 12 VCD NOMINALES
• REQUIERE DE
MANTENIMIENTO
• ALTA CAPACIDAD >
600 Ah.
• TIEMPO DE VIDA: 7 A
10 AÑOS
BATERIAS DE PLOMO ACIDO
• PRACTICAMENTE
TIPO AUTOMOTRIZ
• PLACAS
RELATIVAMENTE +
GRUESAS QUE LAS
AUTOMOTRICES.
• ECONOMICAS
• CAP. NOMINAL: 100 Ah.
• TIEMPO DE VIDA: < A 4
AÑOS
BATERIAS PLOMO ACIDO
• BATERIAS DE CICLO
PROFUNDO
• ABIERTA
• 6 VCD NOMINALES
• REQUIERE DE
MANTENIMIENTO
• ALTA CAPACIDAD >
400 Ah.
• TIEMPO DE VIDA: 7 A
10 AÑOS
BATERIAS DE NiCd
• Tvida= 20 años
• Prácticamente libres
de mantenimiento
• Top: -40°C a 40°C
• Soporta ciclados
profundos
• Requiere poca
ventilacion
BANCOS DE BATERIAS
Este sistema cuenta con
un banco de baterias
GNB plomo acido.
Electrolito inmobilizado
Descarga profunda.
Temperatura de
operación: -40°C a 38°C.
Voltaje tipico: 6 VPC
Tres parametros de definicion.
Aplicación
Duración de la
descarga
Tensión Final
Temperatura
Acumulador de
Arranque
20 horas
1.75 vpc
25°C
Acumulador de
Tracción
5 horas
1.7 vpc
30°C
Acumulador
Estacionario
10 horas
1.82 vpc
20°C
Efectos por temperatura
• A bajas temperaturas se dificulta la difusion de
materiales electroactivos disminuyendo la
aceptacion de carga.
• A altas temperaturas, las baterias son mas
eficientes pero su tiempo de vida se acorta.
• Alta Temperatura - Este factor es el que mas
influye en la autodescarga.
• Los controladores con compensacion de
temperatura, aumentan la tension de regulacion en
caso de bajas temperaturas.
Temperatura y autodescarga
• Aunque una bateria no se use, esta se autodescarga
por 3 factores: materiales, impuresas y
temperatura.
• A 20°C, se puede autodescargar una bateria al
50% en 7 meses.
• A 35°C se autodescarga al 50% en 3 meses.
• Es recomendable almacenar las baterias en lugares
frios.
• Siempre guarde las baterias cargadas.
Autodescarga en funcion a los
materiales.
Acumulador
Autodescarga (%
de perdida de
capacidad por año)
Ag-Zn
20-30 %
Ni-Cd
30-40 %
Pb-Acido placa
gruesa
40-60 %
Pb-acido estandar
100-160%
Estado de Carga
• La bateria acepta mejor la carga cuanto mas
descargada se encuentre.
• En la fase final de Carga se produce una
fuerte polarizacion debido al agotamiento
del material que queda por cargar.
• Cuando se llega a la zona proxima al final
de carga se produce una subida de tension.
ESTADO DE CARGA DE LAS BATERIAS
ESTADO DE
CARGA %
DENSIDAD
TENSIÓN EN
CIRCUITO
ABIERTO
100
1.280
12.75 V
50
1.220
12.42 V
0
1.100
11.76 V
PARA UN ACUMULADOR DEL TIPO DE ARRANQUE
Profundidad de Descarga
• Es el % de capacidad que se descarga en cada
ciclo. (cada dia)
• Los ciclos de carga y descarga producen tensiones
mecanicas de los materiales activos.
• A menor profundidad de descarga por ciclo el
tiempo de vida se incrementa.
• Las baterias de Ni-Cd son superiores a las de
Plomo –acido.
DIAS DE AUTONOMIA
• A mayor numero de dias de autonomia el %
de descarga es menor.
• A menor profundidad de descarga por ciclo
el tiempo de vida es mayor (Ciclos de
operación)
• A menor profundidad de descarga la
temperatura de reaccion es menor.
Capacidad y Tiempo de Descarga
Tiempo de descarga
% Capacidad @ 20
horas.
> 20 horas
104%
20 horas
100%
12 horas
93%
8 Horas
88%
6 horas
84%
SELECCIÓN DE BATERIAS
•
a.
b.
c.
d.
e.
Las baterias para aplicaciones fotvoltaicas
son mejores cuando:
Son selladas y libres de mantenimiento.
De descarga profunda.(NO automotrices)
Al menos 2 Ah/Wfv.
Calculadas para 3-5 dias de autonomia.
Solo sean usadas para el SFV.
Precauciones de uso
• Las baterias contienen material corrosivo.
• Use guantes, lentes de seguridad.
• Si son abiertas, revise el electrolito al menos una
vez por mes.
• Revise que las conexiones sean firmes.
• Aplique grasa en las terminales.
• Use herramienta apropiada .
• Mantenga el lugar bien ventilado.
EFECTOS DE DESCARGA
• Las baterias tienen a
sulfatarse cuando hay
descargas profundas.
• Cuando las conexiones
estan flojas.
• Cuando no se lubrican
los bornes.
Cuidemos el ambiente
las baterias muertas no se
entierran... se mandan a
reciclar !