Realizaron un análisis comparativo de los parámetros que intervienen en los ciclos de carga y descarga de baterías utilizadas en sistemas fotovoltaicos

«Caracterización del Proceso de Carga y Descarga de Baterías Utilizadas en Sistemas Fotovoltaicos», se denomina la presentación del Trabajo Final de Grado (TFG) que presentaron los ahora ingenieros Francisco Javier Alcaraz Cabrera y Clara Elizabeth Fernández Báez, como última prueba para egresar de la carrera de Ingeniería Electromecánica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Asunción (FIUNA). La exitosa defensa del trabajo se llevó a cabo el pasado viernes 26 de marzo de 2021 en la Institución.

Los sistemas de almacenamiento constituyen un medio de soporte para la generación de energía en los casos en los que no hay disponibilidad de la fuente primaria, ésta proporciona una cantidad insuficiente o existen problemas de transporte y distribución de la energía desde el punto de generación hasta el de consumo. El almacenamiento de energía es un factor clave en sistemas de generación con recursos renovables pero aun así el estudio de los mismos no es un campo muy explorado, por consiguiente, se vió la necesidad de entablar esfuerzos a la introducción en el ámbito, con el propósito de iniciar un protocolo de ensayos que nos permitan obtener información relevante referente a los distintos parámetros y características que se consideren determinantes para la elección de las baterías que han de ser utilizadas en los distintos sistemas fotovoltaicos que pudieran ser proyectados, teniendo en cuenta el efecto de la temperatura en las mismas, complementando esta investigación mediante la utilización de curvas de desempeño dadas por los fabricantes.

De esta manera se abre la posibilidad de incentivar la participación del estudiantado en una nueva línea de investigación y puesta en práctica concerniente al campo de las energías renovables, contribuyendo a optimizar la obtención, almacenamiento y distribución de energía limpia.

En el Trabajo Final de Grado como primera etapa, se sometieron a ensayos de carga y descarga a las baterías utilizando una fuente de energía controlada, analizando sus correspondientes curvas, parámetros eléctricos y rendimiento. Con los datos obtenidos se realizó una comparación con respecto a las especificaciones técnicas de cada batería ensayada, evaluando la fidelidad en el cumplimiento de las mismas. Seguidamente, como segunda etapa, se llevaron a cabo los mismos procedimientos ya con una fuente de energía renovable, consistente en la utilización de paneles solares, de modo a simular una situación real en el uso de estas baterías, teniendo en cuenta factores como la radiación solar, temperatura ambiente, etc.

En lo que refiere a todos aquellos parámetros intervinientes en los ciclos de carga y descarga, la batería de Ion Litio (LiFePO4) es la que evidencia mayores desempeños reflejados en la capacidad entregada (Ah), siendo en promedio 31.3% y 24.26% mayor a la batería de Plomo Ácido Líquida Ventilada y a la batería de Plomo Ácido Gel Sellada respectivamente, teniendo estos dos últimos desempeños semejantes con una diferencia promedio del 9.15%. Durante los ensayos de carga para un sistema fotovoltaico se evidencia el efecto de la variación de la radiación, el cual es reflejado en la corriente inicial de carga llegando a aumentar en promedio un 27%. Comportamiento que no se presenta para los ciclos de carga bajo condiciones controladas, siendo así las curvas de las mismas equivalentes a las teóricas y las dadas por el fabricante.

En el ciclo de descarga se tienen desempeños idénticos independientemente a la condición del ensayo o el tipo de batería. Los tesistas mencionan que para el ciclo de descarga, la batería de Ion Litio presenta un mejor desempeño, ya que el nivel de tensión inicial antes del proceso de descarga es en promedio 13.32V, la cual supera a las baterías de Plomo Ácido que tienen un promedio de 12.78V. Prosiguiendo con el análisis del impacto que tienen las bajas temperaturas en ambos ciclos, se ve una gran disminución de las duraciones de los ciclos de carga y descarga, siendo la misma del 29% y 41.8% respectivamente para la batería de Plomo Ácido Líquida Ventilada, 14.2% y 38.3% para la batería de Plomo Ácido Gel Sellada y del 39.3% y 32.7% para la batería de Ion Litio (LiFePO4).

A la hora de comparar los resultados y curvas obtenidas con los proveídos por los fabricantes de cada tipo de  batería, se observan diferencias entre las mismas, demostrando que se tiene un deterioro evidente en las propiedades de los equipos, por lo cual se debe tener cuidado a la hora de referenciarse en estos datos proveídos, los fabricantes resaltan que los mismos siempre son valores estimativos.

Finalmente, en lo económico se tiene una inviabilidad en la aplicación de estos recursos energéticos para el retorno monetario, sin embargo, si se abarca el punto de vista ambiental puede justificarse la inversión en estas tecnologías que por más que generen pérdidas económicas, contribuyen al medio ambiente fomentando el almacenamiento de energías limpias y renovables. Con todo lo anteriormente mencionado, bajo un criterio técnico – económico se concluye que la batería de Plomo Ácido Gel Sellada es la más viable ya que su VAN es 29.72% y 95.22% superior al VAN de la batería de Plomo Ácido Líquida Ventilada y la de la batería de Ion Litio (LiFePO4) respectivamente. Con respecto al LCOE es en promedio 43.16% menor al de las otras dos baterías ensayadas.

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