Comportamiento y durabilidad de baterías de plomo-ácido en sistemas fotovoltaicos autonómos

Resumen

El objetivo de esta tesis doctoral es contribuir a la optimización de la operación y el consecuente aumento de la fiabilidad de las baterías de plomo-ácido para acumulación de energía en sistemas fotovoltaicos autónomos (SFA). Este objetivo se ha abordado a través de trabajos experimentales a fin de conocer el comportamiento de diferentes tipos de baterías de plomo-ácido desde un doble punto de vista: por un lado, el de la caracterización, con especial énfasis en el estudio de la capacidad y de los voltajes característicos de carga y por otro el de la fiabilidad, analizando los principales mecanismos de degradación teniendo en cuenta las condiciones de trabajo de los SFA, que se caracterizan por su gran variabilidad en condiciones de operación (régimen de corriente, temperatura y estado de carga). %&/En relación con la caracterización de baterías se ha establecido un procedimiento de medida de su capacidad útil y se presentan los resultados de ensayo para distintas condiciones de operación de una selección de baterías de plomo-ácido. A partir de los datos experimentales se han obtenido los parámetros para cada batería ensayada usando un modelo semiempírico que describe la variación de la capacidad en función de la corriente de descarga y la temperatura. Se incluye un análisis comparativo de los resultados de aplicar el modelo a los datos experimentales y a los datos de capacidad suministrados por el fabricante. También se obtienen valores experimentales de los voltajes de gaseo y de fin de carga a distintas condiciones de carga y temperatura. Dichos valores experimentales de ambos voltajes han sido ajustados con un buen grado de acuerdo a sencillas expresiones matemáticas que se proponen y que incluyen los efectos de la corriente de carga y la temperatura. A partir de los análisis de regresión correspondientes se han obtenido los coeficientes de temperatura para cada batería ensayada. Como punto final a este bloque de trabajos dedicado a la caracterización de baterías de plomo-ácido se ha estudiado la influencia que el estado de carga inicial y el grado de activación de la batería tienen sobre la evolución de su voltaje y su rendimiento de carga y descarga frente a diferentes condiciones de operación (régimen de corriente y temperatura). Se muestra cómo el voltaje de la batería no es indicativo, en muchas ocasiones, de su estado de carga sino que está fuertemente influenciado por el estado inicial de carga y el proceso previo de carga o descarga.%&/En lo que respecta a la fiabilidad de baterías se ha realizado una revisión de los fallos y mecanismos de degradación que afectan a las baterías de plomo-ácido bajo las condiciones de operación propias de los SFA. Se concluye que las principales causas de degradación y fallos de las baterías se deben a operación en ciclado, sobrecarga excesiva y sobredescarga excesiva. En consecuencia, se han desarrollado procedimientos de ensayo acelerados que reproducen estos mecanismos de degradación con el fin de reducir considerablemente los tiempos de ensayo sin perder el significado físico del fenómeno. Se presentan los resultados de aplicar estos procedimientos a dos tipos de baterías observándose los daños y degradación producidos.%&/Por último, de acuerdo con los resultados obtenidos se ha propuesto una secuencia general de ensayos para baterías de plomo-ácido operando en SFA. Esta secuencia comprende procedimientos de ensayo individuales tales como: especificaciones técnicas que deberían incluirse en la documentación suministrada con las baterías, inspección visual y procedimientos de ensayo de caracterización (plena carga, capacidad, rendimiento) y de fiabilidad (degradación por sobrecarga, recuperación de la sobredescarga y ciclado).