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Los sistemas fotovoltaicos autónomos o algunas veces conocidos como sistemas aislados, se han convertido en la solución perfecta para llevar energía eléctrica a lugares que no cuentan con acceso a la red eléctrica. Gracias a esto y a su éxito comercial, se han popularizado kits de baja potencia con una tipología relativamente sencilla, aunque limitados por su capacidad de almacenamiento. Cuando es necesario diseñar sistemas que cumplan con mayores requerimientos de energía, la tarea de diseñar y construir los bancos de baterías requiere un conocimiento especializado tanto en la selección de los equipos como en la conexión eléctrica de los mismos.

Los bancos de baterías son un método de almacenamiento de energía que utilizan las propiedades electroquímicas de algunos elementos como el azufre, plomo o el litio para cumplir su función. Estos bancos normalmente están compuestos de dos o más baterías que almacenan la energía generada por el arreglo fotovoltaico y la brindan a los usuarios en el momento en el que estos la requieran. 

BATERIAS

Conexión serie y paralelo.

La configuración eléctrica de las baterías se puede realizar en serie o en paralelo e incluso en una combinación de ambos, y depende de los requerimientos de energía (capacidad del banco) así como para buscar la compatibilidad eléctrica de este con los demás equipos del sistema. El comportamiento de los arreglos en serie y paralelo de las baterías sigue los principios de las leyes de Kirchoff, en las que la tensión de salida es igual a la suma de la tensión individual de cada una de las baterías conectadas en serie y la corriente de salida igual a la suma de cada una de las baterías conectadas en paralelo. 

SERIE PARALELO

Hasta este punto el diseño del banco de baterías parece una actividad relativamente sencilla, sin embargo, el diseño de bancos eficientes y duraderos requiere poner especial cuidado en la selección y disposición de los conductores que interconectan a cada una de nuestras baterías.

Problemas de conexión en paralelo.

Uno de los errores más frecuentes en sistemas de almacenamiento en paralelo ocurre cuando una vez conectadas todas las baterías, se realiza la conexión con el inversor o las cargas por uno de los extremos del banco (Figura 1). Esto provoca que al demandar potencia del banco exista una diferencia entre las corrientes extraídas de cada una de las baterías, pues la corriente extraída de la batería uno es mayor que la que se extrae de la batería cuatro ya que, en esta última, la corriente tiene que atravesar tres pares de conductores oponiendo mayor resistencia al flujo de la corriente que la que existe en solo un par de conductores. Por otro lado, durante la etapa de carga del banco, la batería uno recibirá una mayor corriente carga en comparación con la batería cuatro lo que causará regímenes de carga y descarga muy altos en algunos casos y muy bajos en otros, que al final del día producirá daños prematuros de las baterías. 

Figura 1

Problemas de conexión en serie.

La principal razón que nos lleva a realizar conexiones en serie es la de aumentar la tensión de salida del banco, sobre todo cuando este va a alimentar a equipos de alta potencia en los que los valores de corriente de descarga aumentarán si tenemos una tensión de salida baja y por ende la sección transversal de nuestros conductores tendrá que ser mayor. Sin embargo, cuando realizamos conexiones en serie de más de dos baterías vamos a encontrar disparidad de tensión en las baterías sobre todo durante la etapa de carga de las mismas (Figura 2). Esto se debe principalmente a que la resistencia interna de cada una de ellas es ligeramente diferente, por lo que la tensión en sus terminales tendrá pequeñas variaciones que con el tiempo irán incrementando en su magnitud, sometiendo baterías a sobrecarga y otras sub carga, dando como resultado un banco desbalanceado que tenderá a fallar de manera prematura.

Problemas de conexión en serie.
Figura 2

Recomendaciones para la mitigación de los problemas.

Por todo lo descrito anteriormente, durante el diseño eléctrico del banco de baterías debemos en primer lugar, realizar la conexión del banco de baterías hacia la carga de modo que los conductores de positivo y negativo sean de la misma longitud, con una sección transversal y temperatura de aislamiento acorde con la ampacidad que circulará por ellos (Figura 3). De igual manera se tiene que optar por la utilización de controladores de carga que sean capaces de censar la tensión eléctrica del banco en puntos medios y así cuidar las diferencias de tensión de cada una de las baterías (Figura 4). De esta manera, podemos reducir los impactos negativos en nuestro banco de baterías y aunque cada proyecto requiere de un diseño específico estas recomendaciones deben ser tomadas en cuenta de manera general.

Recomendaciones para la mitigación de los problemas.

Si deseas conocer mas a fondo acerca de los bancos de baterias, sus conexiones, problemas mas comunes y como dar solucion a los mismos, te esperamos en nuestro curso de sistemas fotovoltaicos autónomos.

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