Informe Renovables Bateria

1. Título Curvas de descarga de batería. 2. Objetivo Objetivo General 

Elaborar las curvas de descarga de la batería de un módulo fotovoltaico.

Objetivo Especifico 

Tomar datos de corriente y voltaje cada minuto.



Obtener los datos de mediciones correspondientes en la salida del inversor con dos lámparas de 110 W cada una como carga.

3. Equipos 

Analizador de energía



Pinza amperimétrica



Voltímetro



2 lámparas de 110 W

4. Marco Teórico COMPOSICION DE UNA BATERIA SOLAR Estas baterías se componen de varias placas de plomo en una solución de ácido sulfúrico. La placa consiste en una rejilla de aleación de plomo con una pasta de óxido de plomo incrustada sobre la rejilla. La solución de ácido sulfúrico y agua se denomina electrolito.

Ilustración 1. Partes de una batería

El material de la rejilla es una aleación de plomo porque el plomo puro es un material físicamente débil, y podría quebrarse durante el transporte y servicio de la batería.

Normalmente la aleación es de plomo con un 2-6% de antimonio. Cuanto menor es el contenido en antimonio, menos resistente será la batería durante el proceso de carga. La menor cantidad de antimonio reduce la producción de hidrógeno y oxígeno durante la carga, y por tanto el consumo de agua. Por otra parte, una mayor proporción de antimonio permite descargas más profundas sin dañarse las placas, lo que implica una mayor duración de vida de las baterías. Estas baterías de plomo-antimonio son del tipo de "ciclo profundo".

El cadmio y el estroncio se utilizan en lugar del antimonio para fortalecer la rejilla: ofrecen las mismas ventajas e inconvenientes que el antimonio, pero además reducen el porcentaje de autodescarga que sufre la batería cuando no está en uso. El calcio fortalece también la rejilla y reduce la autodescarga. Sin embargo, el calcio reduce la profundidad de descarga recomendada a no más del 25%, por lo que las baterías de plomocalcio son del tipo de "ciclo poco profundo". Las placas positiva y negativa están inmersas en una solución de ácido sulfúrico y son sometidas a una carga de "formación" por parte del fabricante. La dirección de esta carga da lugar a que la pasta sobre la rejilla de las placas positivas se transforme en dióxido de plomo. La pasta de las placas negativas se transforman en plomo esponjoso. Ambos materiales son altamente porosos, permitiendo que la solución de ácido sulfúrico penetre libremente en las placas. Las placas se alternan en la batería, con separadores entre ellas, que están fabricados de un material poroso que permite el flujo del electrolito. Son eléctricamente no conductores. Pueden ser mezclas de silicona y plásticos o gomas. Los separadores pueden ser hojas individuales o "sobres". Los sobres son manguitos, abiertos por arriba, que se colocan únicamente sobre las placas positivas. Un grupo de placas positivas y negativas, con separadores, constituyen un "elemento". Un elemento en un contenedor inmerso en un electrolito constituye una "celda" de batería. Las placas positivas por un lado, y las negativas por otro, se interconectan mediante terminales externos en la parte superior de la batería. (Solener, 2016) CAPACIDAD DE UNA BATERIA Cuando hablamos de la capacidad de la batería nos estamos refiriendo a la cantidad de electricidad que la misma puede almacenar al cargarse y que tanto puede proporcionar al descargarse. La capacidad de una batería se expresa convencionalmente en forma de amperios-hora, Ah. Si nuestra batería tiene, por ejemplo, 100 Ah de capacidad, significa que teóricamente puede proporcionar 10 A de corriente eléctrica durante 10 horas, o 100 A de corriente durante 1

hora, o un amperio durante 100 horas. Esto realmente no es así, ya que cuanto más profunda sea la descarga de la batería, más energía se pierde debido a la resistencia interna. En la batería viene indicada su capacidad expresado por el código "CX YAh", donde X es el tiempo de descarga e Y es la corriente de dicha descarga, siempre para un voltaje fijo. Por ejemplo, si tenemos una batería C10 50Ah, significa que la batería de 50 Ah puede descargarse durante 10 horas. Este código suele expresarse en las baterías para tiempos de 10, 20 y 100 horas, es decir C10, C20 y C100 con sus respectivas corrientes. A las baterías se las debe instalar en un lugar con temperatura templada sin exponerlas a lugares muy fríos por ejemplo cuando son temperaturas bajo cero, la resistencia interna de las baterías aumenta mucho. INFLUENCIA DE LA CONEXIÓN DE LAS BATERIAS Las baterías pueden conectarse en serie para incrementar el voltaje, o en paralelo para incrementar la capacidad en Amperios hora del sistema de acumulación. Al conectar en serie/paralelo se incrementan tanto el voltaje como la capacidad.

Ilustración 2. Baterías conectadas en serie y paralelo

CALCULO DE LA CAPACIDAD DE LAS BATERIAS Primero calcular la capacidad en amperios-hora según la fórmula: C = x•t

Donde x son los amperios que necesitan la aplicación, y t el tiempo en horas que queremos que funcione. Por ejemplo, si queremos alimentar una bomba que consume 140mA durante 24 horas, realizaremos el siguiente cálculo: C = 0,14 amperios • 24 horas = 3,36 Ah

Después procedemos a calcular la capacidad que necesitaremos de la batería, sin llegar a descargarla del todo. Las descargas completas, hasta llegar a cero, no son recomendables. Por ejemplo, si se va a utilizar una batería de plomo acido en muchos ciclos no se recomienda que extraiga más del 80% de su carga, es decir, que siempre quede un 20 % de la carga en la batería. De esta manera la batería se degrada menos y se alarga su vida útil. Se realiza el siguiente cálculo, donde C* es la capacidad, teniendo estas consideraciones sobre la batería: C* = C/0,8 --> C* = 3,36/0,8 = 4,2 Ah Por lo que necesitaremos una batería que nos proporciones una capacidad de 4,2Ah. (Autosolar, 2015) PELIGRO DE DESCARGAR LA BATERIA Al dejar descargada la batería mucho tiempo el sulfato de plomo que cubre las placas se endurece cuando la batería se encuentra descargada; los poros, obstruidos, no dejan penetrar el electrolito y por lo tanto no pueden actuar en los elementos activos de las placas, reduciéndose la capacidad efectiva. Esto hace además que sea muy difícil recargar una batería que se ha dejado sulfatar. Curvas de carga y descarga

Ilustración 3. Curva de carga y descarga de batería

El comportamiento del voltaje de la batería con respecto al tiempo en horas de carga o descarga a tasas normal se indica por las curvas llamadas curvas de carga y descarga. Durante la descarga de la célula de plomo ácido, el voltaje decrece de alrededor de 2,1 V a 1,8 V, cuando se dice que la célula está completamente descargada. La tasa de descarga siempre se especifica como 8 horas, 10 horas, etc. Durante la carga de la célula de plomo ácido, el voltaje se incrementa de 1,8 V a alrededor de 2,5 V hasta 2,7 V, cuando se dice que la célula está completamente cargada. Si la tasa de descarga es alta, la curva es más caída conforme el voltaje decrece más rápido. En la siguiente figura se muestran curvas de carga y descarga típicas. Si bien durante la descarga el voltaje decrece a 2 V muy rápidamente, luego queda constante durante un largo periodo y al final de los periodos de descarga cae a 1,8 V. Durante la carga, inicialmente se eleva rápidamente a 2,1 o 2,2 v y luego queda constante durante largo tiempo. Al final del periodo de carga se incrementa a 2,5 o 2,7 v. El comportamiento del voltaje de la batería con respecto al tiempo en horas de carga o descarga a tasas normal se indica por las curvas llamadas curvas de carga y descarga. Durante la descarga de la célula de plomo ácido, el voltaje decrece de alrededor de 2,1 V a 1,8 V, cuando se dice que la célula está completamente descargada. La tasa de descarga siempre se especifica como 8 horas, 10 horas, etc. Durante la carga de la célula de plomo ácido, el voltaje se incrementa de 1,8 V a alrededor de 2,5 V hasta 2,7 V, cuando se dice que la célula está completamente cargada. Si la tasa de descarga es alta, la curva es más caída conforme el voltaje decrece más rápido. En la siguiente figura se muestran curvas de carga y descarga típicas. Si bien durante la descarga el voltaje decrece a 2 V muy rápidamente, luego queda constante durante un largo periodo y al final de los periodos de descarga cae a 1,8 V. Durante la carga, inicialmente se eleva rápidamente a 2,1 o 2,2 v y luego queda constante durante largo tiempo. Al final del periodo de carga se incrementa a 2,5 o 2,7 v. Carga de la batería Durante la carga, tiene lugar la acción química que es exactamente opuesta a la de la descarga. Así la corriente en dirección opuesta al tiempo de descarga, pasa a través de la batería. Por esto el voltaje se aplica en exceso del voltaje de la batería o célula. El voltaje de la batería actúa en dirección opuesta al voltaje aplicado y por ello se llama F.E.M. La corriente de carga puede obtenerse como: Dónde: 

Ea = Voltaje aplicado.



Eb = Fuerza electromotriz respecto al voltaje de la batería.



R = Resistencia externa en el circuito.



r = Resistencia interna de la batería.

El circuito simple de carga de la batería se usa para cargar la batería de una fuente de corriente continua. Indicaciones de una batería completamente cargada Las indicaciones de una célula completamente cargada son: 1. Gravedad específica: La gravedad específica de la célula completamente cargada se incrementa hasta 1,28 desde alrededor de 1,18. 2. Gaseado: Cuando la célula está completamente cargada, comienza a liberar gas libremente. En las baterías de plomo ácido el hidrógeno se libera en el cátodo y el oxígeno en el ánodo. El gaseado es una buena indicación de una batería completamente cargada. Algunas partículas de ácido pueden salir con los gases por lo que la habitación de carga debe estar bien ventilada. 3. Voltaje: El voltaje de la célula completamente cargada es de alrededor de 2,7 v. 4. Color: El color de las placas cambia para células completamente cargadas. El color de la placa positiva cambia a castaño chocolate oscuro mientras que la placa negativa cambia a gris oscuro. Pero ya que las placas están inmersas en el electrolito, esta indicación no es claramente visible. Métodos de carga Los principales métodos de carga de la batería son: 1. Método de corriente constante. 2. Método de voltaje constante. 3. Método del rectificador. Características de autodescarga Durante el almacenamiento, las baterías de NiMH se descargan. Esto es debido a la reacción del hidrógeno residual en la batería con el electrodo positivo. Esto causa una descomposición lenta y reversible del electrodo positivo. Esto se llama auto descarga de la celda. La tasa de tal autodescarga depende del tiempo en el que se almacena la celda y la temperatura a la que la celda se almacena. En altas temperaturas, la tasa de auto descarga es también alta. El almacenamiento a largo plazo de la batería NiMH en estado de carga o descarga no tiene efectos permanentes en la capacidad de la batería. Incluso la pérdida de capacidad debida al almacenaje hasta un año puede ser recuperada. Pero el almacenamiento a largo plazo a altas temperaturas puede dañar sellos y separadores.

El rango de temperaturas más apropiado para el almacenamiento de las baterías NiMH es de 10 a 30 ºC. Características de recarga Las características de recarga de las baterías de NiMH y NiCd son casi las mismas. Para una batería de NiMH es necesario un control de carga apropiado ya que es más sensible a la sobrecarga. El método más común usado para cargar la batería de NiMH es el método de carga de corriente constante con corriente controlada para evitar una excesiva elevación de la temperatura. En la siguiente figura se muestran las características de carga-voltaje de las baterías de NiCd y NiMH. Las curvas son casi planas cuando se cargan a tasas de corriente constante. Inicialmente hay un brusco incremento en el voltaje y similarmente a alrededor del 80 % de la carga, hay un brusco incremento en los voltajes. Pero durante la sobrecarga las baterías de sobrecarga las baterías de NiCd muestran una caída de voltaje prominente comparada con las baterías de NiMH. 5. Curvas de acuerdo a datos obtenidos en el analizador Gráficas de mediciones correspondientes en la salida del inversor con dos lámparas de 110 W cada una como carga. GRÁFICA DE FRECUENCIA

FRECUENCIA 80 60 40 20

FRECUENCIA

0         2        7         2        7         2        7         2        7         2        7         2        7         2        7         2         0         0         1         1         2         2         3         3         4         4        5        5         0         0         1      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :        5         6        7         8         9         0         1         2         3         4        5         6         8         9         0         0         0         0         0         0         1         1         1         1         1         1         1         1         1         2      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1

Ilustración 4. Grafica de frecuencia

TIPO PROMEDIO MAXIMO MINIMO

FRECUENCIA (HZ) 59,71 59,85 35,91

De acuerdo a las mediciones de frecuencia correspondientes en la salida del inversor con dos lámparas de 110 W cada una como carga, se obtiene una frecuencia promedio de 59,71 Hz, máxima de 59,85 Hz y mínima de 35,91 Hz, la hora de inicio es a las 17:05:02 y finaliza a las 17:20:02. GRÁFICA DE VOLTAJE

VOLTAJE 150,00 100,00 50,00

VOLTAJE

0,00         2        7         2        7         2        7         2        7         2        7         2        7         2        7         2         0         0         1         1         2         2         3         3         4         4        5        5         0         0         1      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :        5         6        7         8         9         0         1         2         3         4        5         6         8         9         0         0         0         0         0         0         1         1         1         1         1         1         1         1         1         2      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1

Ilustración 5. Gráfica de voltaje

TIPO VOLTAJE (V) PROMEDIO 119,35 MINIMO 65,10 MAXIMO 120,00 De acuerdo a las mediciones de voltaje correspondientes en la salida del inversor con dos lámparas de 110 W cada una como carga, se obtiene un voltaje promedio de 119,35 V máximo de 120 V y mínimo de 65,10 V, la hora de inicio es a las 17:05:02 y finaliza a las 17:20:02. GRÁFICA DE CORRIENTE

CORRIENTE 2,000 1,500 1,000 CORRIENTE

0,500 0,000         2         2         2         2         2         2         2         2         2         2         2         2         2         2         2         2         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :        5         6        7         8         9         0         1         2         3         4        5         6        7         8         9         0         0         0         0         0         0         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         2      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1

Ilustración 6. Gráfica de corriente

TIPO CORRIENTE(A) PROMEDIO 1,796 MINIMO 1,100 MAXIMO 1,800

De acuerdo a las mediciones de corriente correspondientes en la salida del inversor con dos lámparas de 110 W cada una como carga, se obtiene una corriente promedio de 1,796 A máxima de 1,8 A y mínima de 1,1 A, la hora de inicio es a las 17:05:02 y finaliza a las 17:20:02. GRÁFICA DE POTENCIAS 250,000 200,000 150,000

POTENCIA ACTIVA

100,000

POTENCIA APARENTE

50,000

POTENCIA REACTIVA

0,000 -50,000

        2         2         2         2         2         2         2         2         2         2         2         2         0         2         4         0         2         4         0         2         4         0         2         4      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :        5         6        7         9         0         1         3         4        5        7         8         9         0         0         0         0         1         1         1         1         1         1         1         1      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1

Ilustración 7. Gráfica de potencia

P. ACTIVA P. APARENTE TIPO (W) (VA) P.REACTIVA(VAR) PROMEDIO 216,95 217,049 -4,34 MINIMO 87,79 92,780 -4,8 MAXIMO 218,6 218,620 11,56

De acuerdo a las mediciones de potencias correspondientes en la salida del inversor con dos lámparas de 110 W cada una como carga, se obtiene una potencia activa promedio de 216,95 W máxima de 218,6 W y mínima de 218,6 W, la hora de inicio es a las 17:05:02 y finaliza a las 17:20:02. FACTOR DE POTENCIA

FACTOR DE POTENCIA 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0

FACTOR DE POTENCIA         2         2         2         2         2         2         2         2         2         2         2         2         2         2         2         2         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :        5         6        7         8         9         0         1         2         3         4        5         6        7         8         9         0         0         0         0         0         0         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         2      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1

Ilustración 8. Gráfica de factor de potencia

TIPO PROMEDIO MIN MAX

FACTOR DE POTENCIA 0,998 0,69 1

De acuerdo a las mediciones de factor de potencia correspondientes en la salida del inversor con dos lámparas de 110 W cada una como carga, se obtiene un factor de potencia promedio de 0,998, máximo de 1 y mínimo de 0,69, la hora de inicio es a las 17:05:02 y finaliza a las 17:20:02. GRÁFICA DE DESCARGA DE BATERIA 30 25 20 15

VOLTAJE

10

CORRIENTE

5 0         9         2         h         1         1

        3        7         1         3         3         4         h         h         h         1         1         1         1         1         1

       5         9         3        7         4         4        5        5         h         h         h         h         1         1         1         1         1         1         1         1

        1        5         9         0         0         0         h         h         h         2         2         2         1         1         1

        3        7         1        5         1         1         2         2         h         h         h         h         2         2         2         2         1         1         1         1

        9         2         h         2         1

Ilustración 9. Gráfica de descarga de la bateria

TIPO PROMEDIO MINIMO MAXIMO

VOLTAJE (V) CORRIENTE (A) 11,743 23,529 11,64 21,3 11,83 24,8

De acuerdo a las mediciones de voltaje y corriente para la obtención de descarga de la batería se obtiene valores de voltaje y corriente promedio 11,743 V y 23,529 A respectivamente, valores mínimos de 11,64 V y 21,3 A y valores máximos de 11,83 V y 24,8 A, la hora de inicio es a las 11:29 h y de finalización es a las 12:29 horas.

ENERGÍA Wh 70 60 50 40 30 20 10 0

Wh

        2        7         2        7         2        7         2        7         2        7         2        7         2        7         2        7         2        7         2        7         2        7         0         4         3         1         0         4         3         1         0         4         3         1         0         4         3         1         0         4         3         1         0         4      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :        5        5         6        7         8         8         9         0         1         1         2         3         4         4        5         6        7        7         8         9         0         0         0         0         0         0         0         0         0         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         2         2      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :      :        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7        7         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1         1

Ilustración 10. Gráfica de energía

TIPO PROMEDIO

WH 28,987

VAH 28,957

VARH -0,555320

MIN MAX

0,124 57,858

0,128 57,878

-1,164746 0,016052

Con las mediciones obtenidas en el analizador de energía podemos observar un promedio de 28.987 Wh de consumo de potencia activa, 28.957 VAh de potencia aparente. 6. Conclusiones y Recomendaciones Se realizó las mediciones de corriente y voltaje y posterior a ello se realizó las curvas de 

descarga de la batería en donde el voltaje va disminuyendo a razón del tiempo y la corriente de igual manera. 

Se obtuvo los datos de mediciones correspondientes en la salida del inversor con dos lámparas de 110 W cada una como carga, en donde el analizador nos arrojó valores de potencia reactiva negativa lo que indica que el sistema está aportando reactivos.



Se recomienda tener la batería totalmente cargada para la realización de la descarga de la misma y poder obtener un monitoreo constante, y observar mejor el fenómeno ocurrente tanto en voltaje como en corriente.

7. Bibliografía



Autosolar. (2015).  Autosolar . Obtenido de https://autosolar.es/blog/tecnica/item/369-comocalcular-la-capacidad-de-las-baterias Solener. (2016). Solener . Obtenido de www.solener.com/pregunta.html#Preg27



http://www.enernaval.es/PDF/Dossier.pdf

