NTC2959

NORMA TCNICA NTC COLOMBIANA 2959

1991-09-18*

ENERGA FOTOVOLTAICA. GUA PARA CARACTERIZAR LAS BATERAS DE ALMACENAMIENTO PARA SISTEMAS FOTOVOLTACOS E: PHOTOVOLTAIC ENERGY. CHARACTERIZATION OF

STORAGE BATTERIES FOR PHOTOVOLTAIC SYSTEMS

CORRESPONDENCIA: esta norma es una adopcin idntica

(IDT) por traduccin de la norma CAN/CSA F382-M89 (Reapproved 2009).

DESCRIPTORES: energa solar - sistemas fotovoltaicos;

sistemas fotovoltaicos - bateras; sistemas fotovoltaicos - bateras - seleccin.

I.C.S.: 27.160.00 Editada por el Instituto Colombiano de Normas Tcnicas y Certificacin (ICONTEC) Apartado 14237 Bogot, D.C. - Tel. (571) 6078888 - Fax 2221435

Prohibida su reproduccin Reaprobada 2012-10-31*

Editada 2012-11-09

PRLOGO El Instituto Colombiano de Normas Tcnicas y Certificacin, ICONTEC, es el organismo nacional de normalizacin, segn el Decreto 2269 de 1993. ICONTEC es una entidad de carcter privado, sin nimo de lucro, cuya Misin es fundamental para brindar soporte y desarrollo al productor y proteccin al consumidor. Colabora con el sector gubernamental y apoya al sector privado del pas, para lograr ventajas competitivas en los mercados interno y externo. La representacin de todos los sectores involucrados en el proceso de Normalizacin Tcnica est garantizada por los Comits Tcnicos y el perodo de Consulta Pblica, este ltimo caracterizado por la participacin del pblico en general. La NTC 2959 fue ratificada por el Consejo Directivo el 91-09-18 y reaprobada el 12-10-31. Esta norma est sujeta a ser actualizada permanentemente con el objeto de que responda en todo momento a las necesidades y exigencias actuales. A continuacin se relacionan las empresas que colaboraron en el estudio de esta norma a travs de su participacin en el Comit Tcnico 24 Energa solar y fotovoltaica. DURESPO S.A. GESTIN INTEGRAL ENERGTICA HEMEVA LTDA. MINISTERIO DEL MEDIO AMBIENTE - UNIDAD DE PARQUES NACIONALES

PROCOBRE UNIDAD DE PLANEACIN MINERO ENERGTICA -UPME-

Adems de las anteriores, en Consulta Pblica el Proyecto se puso a consideracin de las siguientes empresas: ADMAGRO AENE CONSULTORA ANDCOM LTDA. APROTEC BP SOLAR CENTRO LAS GAVIOTAS CODENSA COLCIENCIAS COLSANITAS CORPORACIN UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDENTE CUMMINS API ELECTROINGESOLAR ELECTROSOLAR LTDA. ENERGA INTEGRAL ANDINA ENERGIA SOLAR LTDA. ENERPLAN SOLAR & GAS ENERSSIN LTDA.

ESCUELA DE INGENIERIA JULIO GARAVITO ETAGRO & CA FORT FERRAGRO FULGOR ENERGIA S.A. HIDROSOLAR INGESOLAR IPSE ISA S.A. JULIO CORRALES CONSULTORA MAQUINAGRO MAREMOTO SOLAR MINISTERIO DE COMUNICACIONES MINISTERIO DE MINAS Y ENERGA SOLAR CENTER SOLARCO SOLES DE ANTIOQUIA SUPERINTENDENCIA DE INDUSTRIA Y COMERCIO

SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS PBLICOS UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES UNIVERSIDAD NACIONAL UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA

A continuacin se relacionan las empresas que participaron en el estudio de reaprobacin en el comit tcnico 24 Energa solar y fotovoltaica. DURESPO S.A. UNIDAD DE PLANEACIN MINERO ENERGTICA UNIVERSIDAD AUTNOMA DE OCCIDENTE Adems de las anteriores, en consulta pblica de reaprobacin el proyecto se puso a consideracin de las siguientes empresas: ADMAGRO AENE CONSULTORA ANDCOM LTDA. APROTEC CENTRO LAS GAVIOTAS CODENSA COLCIENCIAS COLSANITAS CORPORACIN UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDENTE CUMMINS API ELECTROINGESOLAR ELECTROSOLAR LTDA.. ENERGA INTEGRAL ANDINA ENERGIA SOLAR LTDA.. ENERPLAN SOLAR & GAS ENERSSIN LTDA. ESCUELA DE INGENIERIA JULIO GARAVITO ETAGRO & CA FORT FERRAGRO FULGOR ENERGIA S.A. GESTIN INTEGRAL ENERGTICA GIRSAT COLOMBIA

HIDROSOLAR INGESOLAR IPSE ISA S.A. MAQUINAGRO MAREMOTO SOLAR MINISTERIO DE MINAS Y ENERGA MINISTERIO DEL MEDIO AMBIENTE - UNIDAD PARQUES NACIONALES PROCOBRE SOLAR CENTER SOLARCO SOLES DE ANTIOQUIA SUPERINTENDENCIA DE INDUSTRIA Y COMERCIO SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS PBLICOS UNIVERSIDAD DE AMRICA UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES UNIVERSIDAD DEL VALLE UNIVERSIDAD LOS LIBERTADORES UNIVERSIDAD NACIONAL

ICONTEC cuenta con un Centro de Informacin que pone a disposicin de los interesados normas internacionales, regionales y nacionales y otros documentos relacionados.

DIRECCIN DE NORMALIZACIN

NORMA TCNICA COLOMBIANA NTC 2959

CONTENIDO

Pgina 1. OBJETO ....................................................................................................................... 1 2. PUBLICACIN DE REFERENCIA ............................................................................... 1 3. DEFINICIONES ............................................................................................................. 2 4. CLASIFICACIN DE LOS DATOS .............................................................................. 8 4.1 CALIDAD DE LOS DATOS .......................................................................................... 8 5. MTODO DE PRESENTACIN DE LOS DATOS ....................................................... 8 5.1 PRESENTACIN DE LOS DATOS POR EL DISEADOR DEL SISTEMA ............... 8 5.2 PRESENTACIN DE LOS DATOS POR EL FABRICANTE DE BATERAS ............. 9 6. ENSAYOS ................................................................................................................... 11 6.1 ENSAYOS DE CAPACIDAD Y DE EFICIENCIA EN AMPERIOS-HORA (COULOMB) ............................................................................................................... 11 6.2 ENSAYOS CCLICOS (VASE EL APNDICE A) .................................................... 14 7. ROTULADO ................................................................................................................ 14 8. APNDICE .................................................................................................................. 15 8.1 DOCUMENTO DE REFERENCIA .............................................................................. 15 APNDICE A ENSAYO CCLICO ......................................................................................... 16 TABLAS Tabla 1. Tensiones finales de descarga (V) ....................................................................... 14 Tabla 2. Tensiones finales de carga (V) .............................................................................. 14


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ENERGA FOTOVOLTAICA. GUA PARA CARACTERIZAR LAS BATERAS DE ALMACENAMIENTO PARA SISTEMAS FOTOVOLTAICOS 1. OBJETO 1.1 Esta norma establece un mtodo para presentar la informacin tcnica relacionada con la seleccin de bateras de almacenamiento para sistemas fotovoltaicos, y la precisin que debe tener esta informacin. NOTA Los sistemas fotovoltaicos de energa tienen una caracterstica distintiva, la cantidad de energa de carga disponible es limitada e impredecible; por consiguiente, tambin lo son los ciclos de carga-descarga a que se somete la batera. 1.2 Esta norma incluye procedimientos destinados a verificar la capacidad, la eficiencia y la duracin de las bateras de acumulacin. NOTA No es prctico ensayar todos los modelos y tipos de bateras. Por esta razn, se suministra un mtodo de caracterizacin de la calidad y de la fuente de los datos. 1.3 Esta norma no considera la aplicacin de bateras para sistemas con una tensin terminal nominal que exceda de 150 V. 1.4 Esta norma no cubre instalacin o mantenimiento, tampoco se refiere a los procedimientos o mecanismos detallados de dimensionamiento para interconexin con otros componentes de sistemas fotovoltaicos. 1.5 Esta norma slo incorpora aquellos ensayos que son propios de las aplicaciones fotovoltaicas; no se refiere a los procedimientos de ensayo mecnicos o ambientales que existen en otras normas reconocidas. Los usuarios de esta norma deben juzgar la conveniencia de aplicar o no estas otras normas. 2. PUBLICACIN DE REFERENCIA Esta norma se refiere a la siguiente publicacin y, cuando se haga esa referencia, se deber mencionar la edicin anotada ms abajo, incluyendo todas las revisiones publicadas adicionalmente: Norma NEMA (National Electrical Manufacturers Association (USA). IB-3-1983, Cycle Life Testing of Lead Acid Industrial Storage Batteries for Motive Power Service.


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3. DEFINICIONES 3.1 En esta norma se utilizan las siguientes definiciones: Material activo. Los constituyentes de una celda, incluyendo el electrolito, que participan en la carga electroqumica o en la reaccin de descarga. Eficiencia amperios-hora. Vase La Eficiencia. nodo. El electrodo de una celda electroqumica en la que tiene lugar la oxidacin qumica. Durante la carga, el terminal positivo de la celda es el nodo. Durante la descarga, la situacin se invierte y el terminal negativo de la celda es el nodo. Sin embargo, a veces los fabricantes de bateras llaman nodo al terminal negativo tanto durante la carga como en la descarga (vase tambin ctodo). Autonoma. El perodo de tiempo durante el cual una batera a plena carga puede satisfacer la demanda sin contribucin del sistema fotovoltaico o de la fuente auxiliar de energa: generalmente se define en trminos de nmero de das (perodos de 24 h). Capacidad disponible. Vase Capacidad. Batera. Dos o ms celdas electroqumicas interconectadas elctricamente en un arreglo en serie o en paralelo, adecuado para suministrar los niveles de corriente a la tensin de operacin que se requiere. Comnmente el trmino batera tambin se aplica a una celda individual si constituye todo el sistema de acumulacin electroqumica. Capacidad (C). En general, el nmero total de amperios-hora que se puede obtener de una celda o de una batera plenamente cargada. Capacidad disponible. El nmero total de amperios-hora que se puede obtener de una celda o de una batera para un conjunto especfico de condiciones de operacin; entre stas, rgimen de descarga, temperatura, estado inicial de la carga, edad y voltaje de corte. Capacidad de energa. El nmero total de vatios-hora (kilovatios-hora) que se puede obtener de una celda o de una batera con carga plena. La capacidad de energa de una celda dada vara con la temperatura, con la rapidez de descarga, con la edad y con el voltaje de corte. Este trmino es ms comn en el diseo de bateras industriales en las cuales la capacidad, generalmente, se refiere a amperios-hora. Capacidad instalada. El nmero total de amperios-hora que se puede obtener de una celda o de una batera nueva cuando se descarga hasta el voltaje de corte especificado para el sistema, al rgimen y a la temperatura de diseo (es decir, descarga hasta la mxima descarga especificada en el diseo del sistema). Capacidad nominal. La clasificacin indicada por el fabricante en cuanto al nmero total de amperios-hora que se puede obtener de una celda o de una batera nueva para un rgimen de descarga, de temperatura y de voltaje final de la descarga. Ctodo. El electrodo en una celda electroqumica en la cual tiene lugar la reduccin qumica. Durante la carga, el terminal negativo de la celda es el ctodo. Durante la descarga, la situacin se invierte y el terminal positivo de la celda es el ctodo. Sin embargo, a veces los fabricantes de bateras llaman ctodo al terminal positivo tanto en la descarga como durante la carga (vase tambin nodo).


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Celda. La unidad electroqumica bsica utilizada para acumular energa elctrica. Rgimen de carga. La corriente aplicada a una celda o a una batera para restaurar su capacidad disponible. Este rgimen suele ser estndar con respecto a la capacidad nominal de la celda o de la batera. Por ejemplo, el rgimen de carga de 10 h para una celda o una batera de 500 A - h se expresa como:

105010

500/CdergimenA

hhA

aargcdeTiempoalminnoCapacidad ===

Para la misma celda o batera, un rgimen de carga de 5 h se designara como rgimen C/5 y dara como resultado una corriente de carga de 100 A. La eficiencia amperio-hora de bateras secundarias es menor del 100 %. Por lo tanto, el tiempo requerido para recargar completamente una celda a partir de una descarga profunda del 100 % es a menudo ms largo que el indicado por el as llamado "rgimen-hora". Carga. Conversin de energa elctrica en energa potencial qumica dentro de una celda, mediante el paso de una corriente directa en direccin opuesta a aqulla de la descarga. Voltaje de corte (tensin al final de la descarga; tambin se denomina tensin final). La tensin de la celda o de la batera hasta la cual se completa la descarga. El voltaje de corte es especificado por el fabricante de la celda y depende del rgimen de descarga. Una descarga ms all del voltaje de corte especificado suele dar como resultado disminuciones cada vez ms rpidas en la tensin de la celda y en la salida de energa; puede daar la celda en forma permanente e invalidar la garanta del fabricante. Ciclo. Una secuencia de descarga-carga hasta un nivel especificado de descarga. Ciclos de vida. El nmero de ciclos, para una descarga especificada a una temperatura fija, que una celda o una batera puede experimentar antes de dejar de satisfacer los criterios especificados de capacidad o de eficiencia. Servicio del ciclo. Un ciclo de servicio caracterizado por secuencias frecuentes y, a menudo, profundas de descarga-carga, tales como las aplicaciones de fuerza motriz, o los sistemas hbridos fotovoltaicos con carga auxiliar. Descarga profunda. Descarga de un porcentaje significativo de la capacidad nominal (50 % o ms). Servicio de descarga profunda. Bateras que en servicio de descarga profunda se pueden descargar hasta en un 80 % o, inclusive, un 100 % de su capacidad nominal de 5 h a 6 h, diariamente. Profundidad de descarga. Los amperios-hora extrados de una celda o de una batera con carga plena, que se expresan como un porcentaje de su capacidad nominal. Por ejemplo, la extraccin de 25 A - h de una celda con carga plena nominal de 100 A - h da como resultado una profundidad de descarga del 25 %. A ciertas condiciones, tales como las de regmenes de descarga menores que los utilizados para clasificar la celda, la profundidad de descarga puede pasar del 100 %. Descarga. El proceso de extraer corriente de una celda o de una batera mediante la conversin de energa qumica en energa elctrica.


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Rgimen de descarga. La corriente extrada de una celda o de una batera. Este rgimen se puede expresar en amperios, pero, ms comnmente, se estandariza para la capacidad nominal (C), y se expresa como C/X. Por ejemplo, una extraccin de 20 A de una celda con una capacidad nominal de 100 A - h se menciona como el rgimen de descarga de C/5 (100 A - h/20 A). Anlogamente, las corrientes de descarga de 5 A, 10 A, y 33,3 A se designaran como los regmenes de C/20, C/10 y C/3, respectivamente (vase tambin rgimen-hora). Rgimen de descarga equivalente (rgimen-hora funcional). Este rgimen-hora se determina dividiendo la capacidad final, incluyendo el margen de diseo, por la corriente mxima extrada (corriente pico coincidente). Ciclo de servicio. El rgimen de operacin de una celda o de una batera, incluyendo factores tales como los regmenes de carga y de descarga, la profundidad de la descarga, la duracin del ciclo y el perodo de tiempo en receso. Eficiencia (%). La relacin entre la salida til y la entrada. Eficiencia en amperios-hora. La relacin entre los amperios-hora extrados de una celda o de una batera durante una descarga, y los amperios-hora requeridos para restaurar la capacidad inicial.

= dt.itco

td

dt.ioc

d

aargcdehoraamperiosadosargdeschoraamperios

en donde

dt = el intervalo de tiempo

id = corriente de descarga, A . h

ic = corriente de carga, A . h

td = tiempo de descarga

tc = tiempo de carga Eficiencia de la energa (vatios-hora). La relacin entre la energa entregada por una celda o una batera durante una descarga, y la energa total requerida para restaurar el estado inicial de la carga. La eficiencia vatios-hora es aproximadamente el producto de la tensin por las eficiencias amperio-hora. En ocasiones esto se denomina eficiencia de segunda vuelta. Las eficiencias de la energa de segunda vuelta generalmente no incluyen prdidas de energa resultantes de autodescarga, de equipo auxiliar (prdidas parsitas) o de igualacin de la batera. Eficiencia del voltaje: la relacin entre la tensin de descarga promedio de una celda o de una batera, y la tensin de carga promedio durante la restauracin siguiente a una capacidad equivalente. Par electroqumico. El sistema de materiales activos dentro de una celda, que permite la acumulacin de energa elctrica a travs de una reaccin electroqumica.


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Electrolito. El medio que permite el transporte de iones entre los electrodos positivo y negativo de una celda. En algunas celdas, tales como las de tipo plomo cido, el electrolito tambin puede participar directamente en las reacciones de carga o de descarga electroltica. Tensin al final de la carga. La tensin de la celda o de la batera a la cual se suele finalizar la carga, cuando se utiliza una fuente constante de corriente de carga. Tensin al final de la descarga. Vase Voltaje de corte. Capacidad de energa. Vase Capacidad. Densidad de energa. La relacin entre la energa nominal disponible de una celda o de una batera, estandarizada, y su peso o su volumen. Igualacin. El proceso de restaurar todas las celdas de una batera a un estado de carga igual. En las bateras de plomo cido, ste es un proceso de carga diseado para que todas las celdas vuelvan a su estado de carga del 100 %. Carga de igualacin. Una prolongacin de la carga normal de la batera, a un nivel de tensin ligeramente ms alto que la tensin normal al final de la carga, para suministrar igualacin de la celda en una batera. Tensin final. Vase Voltaje de corte. Rgimen de finalizacin de carga. El rgimen especificado para cargar una celda o una batera que est casi en su estado de carga del 100 %. Servicio flotante. Un ciclo de servicio caracterizado por largos perodos de operacin de reserva a plena carga, con secuencias de descarga-carga apenas ocasionales. Formacin. Durante la manufactura o la instalacin, el proceso por el cual los materiales del electrodo se transforman en las composiciones requeridas para la operacin de la celda. Por ejemplo, los materiales activos de una celda de cido de plomo con carga plena son plomo puro para las placas negativas y bixido de plomo para las placas positivas. Sin embargo, ambos tipos de placas se fabrican utilizando xido de plomo. Durante un ciclo de carga de diseo especial, el xido de plomo de las placas negativas se reduce y el xido de plomo de las placas positivas se oxida, con lo cual se forman los materiales activos. Gasificacin. La produccin de gas a partir de uno o ms de los electrodos de una celda. La gasificacin suele resultar a partir de la electrlisis de agua en el electrolito durante la carga. Rejilla. Una estructura elctricamente conductora que mantiene el material activo de una placa, pero que no participa qumicamente de la reaccin normal de carga o de descarga. Rgimen-hora. El rgimen de descarga de una celda o de una batera, expresado en funcin del perodo de tiempo en el cual una celda o una batera nueva con carga plena se puede descargar a una corriente especfica, antes de alcanzar el voltaje de corte.

Rgimen-hora =C\i en donde

C = capacidad nominal, A . h

i = corriente de descarga especificada, A


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Por ejemplo, si una celda nueva con carga plena nominal a 100 A - h se puede descargar a 20 A durante un perodo de 5 h, antes de alcanzar la tensin de interrupcin, la descarga de la batera a 20 A se menciona como rgimen de 5 h (C/i = 100 A - h/20 A). La capacidad disponible disminuye con el incremento del rgimen de descarga. Por lo tanto, no siempre se puede calcular la corriente de descarga mediante la divisin del tiempo de descarga por la capacidad nominal. Por ejemplo, una batera, con una capacidad nominal de 100 A - h al rgimen de 5 h, slo puede entregar 88 A - h al rgimen de 3 h antes de alcanzar el voltaje de corte. Horas de capacidad. El nmero total de horas durante las cuales una celda o una batera con plena carga tiene capacidad para satisfacer la demanda de carga del sistema antes de alcanzar el voltaje de corte. Capacidad instalada. Vase Capacidad. Vida til. El perodo durante el cual una celda o una batera tiene capacidad para funcionar a un nivel de capacidad o de rendimiento especificado. La vida til se puede medir en ciclos, en aos o en ambos, dependiendo del tipo de servicio para el cual se destina la celda o la batera. Bateras libres de mantenimiento (tambin se les llama "reguladas por vlvula"): una celda o una batera en la cual el usuario no tiene acceso al electrolito. Esto tambin incluye las bateras conocidas como bateras selladas. Celda o batera para potencia motriz. Una celda o una batera destinada a impulsar equipo mvil operado elctricamente (es decir, camiones gra) y que est diseada para funcionar en un rgimen diario de ciclo profundo a tasas moderadas de descarga. Tensin nominal de operacin. La tensin terminal aproximada de una celda o de una batera, ejemplo 12 V, 48 V, etc. Capacidad nominal de reserva. El perodo durante el cual una batera con carga plena puede suministrar una corriente fija hasta un voltaje de corte especificado. La capacidad nominal de reserva es especificada por el fabricante en unidades de tiempo. Das sin sol. Nmero de das consecutivos equivalentes durante los cuales no funciona el sistema debido a las condiciones atmosfricas. Esta informacin se deriva de los datos climticos locales. Tensin de circuito abierto. La tensin terminal de una celda o de una batera en un estado especfico de carga y de temperatura, a condiciones de no carga y de carga. Sobrecarga. El forzamiento de corriente a travs de una celda despus de que todo el material activo se ha convertido al estado cargado. En otros trminos, la carga contina despus de la cual se ha logrado el 100 % del estado de carga. La sobrecarga no aumenta la energa almacenada en una celda y, con algunos tipos de bateras, puede reducir la vida til de la batera. NOTA Como regla prctica, por cada amperio-hora de sobrecarga se descomponen 0,33 cm3 de H2O en hidrgeno y oxgeno. Placa. Un ensamble de material activo y, en algunos casos, con una rejilla de soporte. Las placas forman los electrodos positivos y negativos de la celda.


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Densidad de potencia. La relacin entre la potencia nominal disponible de una celda o de una batera, estandarizada, y su peso o su volumen. Preacondicionamiento. Preparacin de la batera de almacenamiento (por cualquier medio) para que suministre el nivel de rendimiento correspondiente para los datos indicados por el fabricante. Celda o batera primaria. Una celda o una batera cuya capacidad inicial no se puede restaurar en forma significativa mediante la carga y, por lo tanto, est limitada a una sola descarga. Capacidad nominal. Vase Capacidad. Inversin. Descarga continua de una celda hasta el cambio de polaridad de sus terminales elctricos. Celda o batera secundaria. Una celda o una batera que tiene capacidad para recargarse repetidamente. Autodescarga. El proceso por el cual la capacidad disponible de una celda se reduce mediante reacciones qumicas internas. Rgimen de autodescarga. La cantidad de reduccin en la capacidad que ocurre por unidad de tiempo en una celda, como resultado de autodescarga. Separador. Un material elctricamente no conductor y permeable a los iones, que se utiliza para evitar el contacto directo de las placas individuales dentro de una celda. Vida de servicio. La vida til proyectada de una batera a condiciones especficas de uso. Descarga superficial. Descarga de no ms del 25 % de la capacidad hora-nominal "x" (en donde "x" puede ser 5, 8, 10 o algn otro valor, segn lo defina el fabricante). Servicio de descarga superficial. Cuando las bateras se descargan (en general) menos del 25 % de su capacidad nominal en 8 h sobre una base diaria y hasta un 80 % sobre el perodo de autonoma. El nmero mximo de descargas permisibles del 80 % por ao es especificado por el fabricante de la batera. Batera SLI. Batera de arranque, iluminacin e ignicin (batera automotriz estndar) diseada principalmente para la operacin de alto rgimen y baja profundidad de descarga que es tpica al arrancar el motor de un automvil. Celda o batera estacionaria. Una celda o una batera diseada para usarla en una localizacin fija. Estado de carga. La capacidad disponible en una celda o en una batera, que se expresa como un porcentaje de su capacidad nominal. Por ejemplo, si se han extrado 25 A - h de una celda con carga plena de 100 A - h, el nuevo estado de la carga es 75 %. Sulfatacin. La formacin de cristales de sulfato de plomo sobre las placas de una batera de cido de plomo. La sulfatacin puede ser causada por dejar la batera en un estado menor que el de carga plena durante largos perodos de tiempo, en especial a temperaturas elevadas. Traccin. Vase celda o batera para potencia motriz.


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Regulacin por vlvula. Vase batera libre de mantenimiento. Eficiencia de tensin. Vase Eficiencia. Ventana de tensin (carga). El intervalo de tensin sobre el cual la carga puede operar aceptablemente sin dao o sin disfuncin. Ventana de tensin (batera). El intervalo entre el voltaje de corte y el voltaje al final de la carga. Eficiencia vatios-hora. Vase Eficiencia. 4. CLASIFICACIN DE LOS DATOS 4.1 CALIDAD DE LOS DATOS Los datos suministrados por el fabricante se deben clasificar de acuerdo con lo siguiente: a) Grado A1: datos suministrados por un laboratorio de ensayos independiente, obtenidos

a partir de ensayos efectuados en un modelo de batera especfica. Los datos del Grado A1 slo son aplicables a aquellas condiciones a las cuales se ensay la batera;

b) Grado A2: como para el Grado A1, pero los ensayos los efecta el fabricante en su

planta; c) Grado B: datos obtenidos por extrapolacin de datos de Grado A1 A2 pero no

verificados por ensayos; d) Grado C: datos obtenidos por extrapolacin de datos de Grado A o B obtenidos en

bateras que difieren en tamao o en capacidad, pero construidas de materiales semejantes; y

e) Grado D: datos diferentes de los definidos en A, B, y C que se evaluarn por su validez

y su aplicabilidad en un uso determinado. 5. MTODO DE PRESENTACIN DE LOS DATOS NOTA El diseo de un sistema fotovoltaico que incluya bateras para acumular energa requiere conocimiento de la carga para as seleccionar una batera que pueda suministrar potencia durante al menos el perodo mnimo de autonoma. Tambin para hacer posible el diseo del sistema de carga de la batera fotovoltaica. 5.1 PRESENTACIN DE LOS DATOS POR EL DISEADOR DEL SISTEMA Para lograr un diseo satisfactorio de un sistema fotovoltaico es necesario suministrar la siguiente informacin acerca de la batera: a) Perfil detallado de la carga

(i) Amperios-hora promedio, vatios-hora por da o ambos,

(ii) Pico de carga,


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(iii) Carga funcional, (iv) Ciclo de servicio,

(v) Ventana de tensin de la carga.

b) Perfil de aislamiento y ambiente

(i) Perfil de aislamiento (autonoma), (ii) Intervalo de las condiciones del ambiente.

c) Configuracin del sistema

(i) Colocacin individual,

(ii) Utilizacin interactiva. d) Requisitos de la batera

(i) Capacidad,

(ii) Profundidad de la descarga,

(iii) Requisito de confiabilidad (ejemplo capacidad de reserva, accesibilidad, programa de mantenimiento),

(iv) Vida til, (v) Seguridad e impacto sobre el ambiente; y

e) Factores especficos de emplazamiento. Algunos de estos son los siguientes.

(i) Asignaciones de espacio tales como rea disponible en el piso, requisitos de anaqueles y cualquier limitacin de ventilacin,

(ii) Factores de manejo, incluyendo el mtodo de manejo, el peso mximo por

unidad, el tamao fsico mximo, el mtodo de transporte y el perodo de tiempo antes de ponerla en servicio,

(iii) Accesibilidad del sitio para mantenimiento,

(iv) Altitud del sitio, (v) Zona ssmica.

(vi) Zona ssmica, exposicin a la intemperie o limitaciones de almacenaje,

NOTA 1 Si las caractersticas especficas del sitio influyen en la seleccin o en el diseo de la batera, esta informacin se le debe suministrar al proveedor de bateras. NOTA 2 Si se prevn serias limitaciones presupuestales, stas se deben manifestar, pues puede haber la opcin de lograr un costo inicial ms bajo a cambio de una reduccin en la vida til.


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NOTA 3 Tambin es necesario manifestar cualquier restriccin del usuario respecto a los costos de capital o a los de mantenimiento. 5.2 PRESENTACIN DE LOS DATOS POR EL FABRICANTE DE BATERAS El fabricante de bateras debe suministrar la siguiente informacin: a) Sistema genrico electroqumico de la batera: el par electroqumico que forma la unidad

de la celda se debe identificar con respecto a la composicin (es decir, los aditivos incorporados durante el proceso de fabricacin) y el tipo de electrolito que se requiere. Tambin se debe identificar la construccin mecnica de las placas.

b) Capacidad instalada: amperios-hora sobre el intervalo de temperatura prescrito en los

regmenes de 8 h, 100 h y 500 h para descarga superficial o profunda segn lo requiera el diseo.

c) Eficiencia: eficiencia amperios-hora y eficiencia vatios-hora a las temperaturas

especificadas.

NOTA La eficiencia disminuir con el estado de la carga, la edad y la temperatura. d) Intervalo de la tensin, incluyendo:

(i) La tensin de corte recomendada o el lmite de descarga con referencia a la temperatura y al rgimen de descarga,

(ii) La tensin recomendada al final de la carga en voltios por celda con referencia a

la temperatura y al rgimen de carga, y

(iii) Los lmites de sobrecarga recomendados (para la igualacin, la destratificacin o ambas cosas).

e) Regmenes de carga y de descarga, incluyendo:

(i) Los regmenes de carga y de descarga mximos recomendados en amperios como funcin del estado de la carga y la temperatura, y

(ii) El rgimen de autodescarga como funcin de la temperatura.

f) Vida til de servicio: datos de Grado A1 sobre el ciclo de vida con base en ensayos de

laboratorio.

NOTA Si es posible, el fabricante tambin debe estimar la vida til de servicio para la aplicacin que se proyecte.

g) Gravedad especfica (GE) recomendada del electrolito, incluyendo:

(i) GE recomendada para condiciones ambientales calientes (ms de 32 C), normales (25 C) y fras (0 C, -20 C, -40 C), o una combinacin de stas.

(ii) GE en carga plena y cmo vara con el estado de carga; la GE en descarga del 100 % (rgimen de

500 h) tambin se debe especificar si esa medicin es factible, y (iii) Punto de congelacin del electrolito contra GE.


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h) Propiedades fsicas: se debe suministrar informacin sobre dimensiones, pesos (neto y de envo) y detalles sobre el material de la caja.

i) Opciones y accesorios, incluyendo:

(i) Numeracin de las celdas,

(ii) Envo seco o hmedo,

(iii) Agarraderas de los extremos,

(iv) Respiraderos para detener la llama, (v) Componentes de cobre blindado,

(vi) Componentes de acero inoxidable,

(vii) Recombinadores de hidrgeno,

(viii) Hidrmetro y portador,

(ix) Llaves aisladas,

(x) Cubiertas de conectores de interceldas,

(xi) Conectores de interceldas,

(xii) Correa de alzar (para celdas mayores de 30 kg),

(xiii) Carlinga de mantenimiento,

(xiv) Grasa "sin xido",

(xv) Preacondicionamiento por el fabricante,

(xvi) Termmetro.

NOTA Esta es una lista representativa, puede haber otras.

j) Recomendaciones sobre mantenimiento: el fabricante deber suministrar detalles

acerca del procedimiento recomendado para la instalacin, la puesta en servicio y el mantenimiento de las bateras de acumuladores.

k) Garanta: el fabricante deber suministrar una garanta escrita. 6. ENSAYOS 6.1 ENSAYOS DE CAPACIDAD Y DE EFICIENCIA EN AMPERIOS-HORA (COULOMB) 6.1.1 Preacondicionamiento La batera se deber descargar y cargar diez veces a 25 C 3 C al rgimen de C/10, usando las tensiones finales establecidas en las Tablas 1 y 2, o hasta que las capacidades medidas en dos descargas sucesivas difieran en menos de 2 1/2 %.


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6.1.2 Condiciones del ensayo 6.1.2.1 Temperaturas El ensayo se deber efectuar a 25 C 3 C y a una temperatura ambiente de -20 C 3 C. Si el diseador de sistemas especifica temperaturas de ensayo adicionales, stas debern ser 40 C 3 C, 0 C 3 C y -40 C 3 C. 6.1.2.2 Tensiones A menos que se especifique de otra manera, las tensiones finales de carga y de descarga sern como se establece en las Tablas 1 y 2 (en donde sean aplicables). 6.1.2.3 Electrolitos 6.1.2.3.1 Plomo cido Si el electrolito es accesible, se deben efectuar mediciones especficas de la gravedad al comienzo y al final de cada ciclo de carga o de descarga. El electrolito se debe mantener lleno hasta el nivel mximo especificado por el fabricante, pero nicamente durante las condiciones de carga. 6.1.2.3.2 Nickel-cadmio Si el electrolito es accesible, se debe registrar su gravedad especfica en cada temperatura del ensayo. El electrolito debe estar al nivel mximo especificado por el fabricante. 6.1.2.4 Regmenes de descarga y de carga. 6.1.2.4.1 Regmenes de descarga Para cada temperatura especificada, las descargas se debern efectuar a los regmenes de C/10, C/100 y C/500 25 C. 6.1.2.4.2 Regmenes de carga Todas las cargas se debern efectuar al rgimen de C/20 25 C, independientemente de las temperaturas reales del ensayo o de los regmenes de descarga. 6.1.3 Procedimiento 6.1.3.1 Temperatura inicial Es necesario ajustar la temperatura de la batera, dejando que sta permanezca a la temperatura del ensayo durante 48 h, antes de comenzarlo o si el electrolito es accesible, verificando la temperatura de ste hasta alcanzar la temperatura del ensayo. Si se puede determinar la temperatura del electrolito, es necesario medirla en, al menos, una celda de cada diez que tenga la batera. Ninguna de las celdas medidas ser adyacente. 6.1.3.2 Carga inicial Inicialmente, la batera se debe cargar a la temperatura del ensayo, mantenindola a su tensin final de carga durante 48 h. Durante el proceso de carga, la corriente no deber exceder el


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rgimen de C/20, 25 C. Si el electrolito es accesible, se debe medir la gravedad especfica de ste. 6.1.3.3 Descarga La batera se debe descargar a la temperatura del ensayo, al rgimen de C/10, 25 C, hasta alcanzar la tensin de corte. Para estas condiciones de ensayo, se debe determinar la capacidad de la batera. Si el electrolito es accesible, se debe medir la gravedad especfica de ste. 6.1.3.4 Carga La batera se debe cargar a la temperatura del ensayo, al rgimen de C/20, 25 C, hasta que se alcance la tensin final de carga. Para las condiciones de ensayo, se debe determinar la eficiencia en amperios-hora. Si el electrolito es accesible, se debe medir la gravedad especfica de ste. 6.1.3.5 Regmenes de descarga adicionales Para los regmenes de descarga C/100 y C/500, se deben repetir los procedimientos indicados en los numerales 6.1.3.2, 6.1.3.3 y 6.1.3.4. 6.1.3.6 Temperaturas de ensayo adicionales Para cada temperatura de ensayo, se deben repetir los procedimientos indicados en los numerales 6.1.3.2, 6.1.3.3, 6.1.3.4 y 6.1.3.5. 6.1.4 Informe acerca de los requisitos Para cada combinacin de temperatura y rgimen de descarga, se debe informar la capacidad medida y la eficiencia en amperios-hora. Las tensiones finales de descarga y de carga se deben informar en caso de que difieran de los indicados en las Tablas 1 y 2 (en donde sean aplicables). Si se han medido las gravedades especficas, stas se deben anotar. Si cualesquiera de estos datos se presentan en forma grfica, se deben anotar los puntos determinados realmente en una curva dada. La capacidad (C) se debe calcular usando esta relacin: Capacidad (C) = Corriente de descarga (A) por la duracin hasta la tensin final de descarga (h). La eficiencia (%) se debe calcular usando esta relacin:

100x)h(aargcdefinaltensinlahastaduracinlapor)A(aargcdeCorriente

)c(Capacidad)c(Eficiencia =

100xx cc

pD

tItxI

c = NOTA Debido a que la tensin de descarga es menor que la tensin de carga, la eficiencia real en energa ser menor que la eficiencia en amperios-hora (coulomb), que se determin antes.


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6.2 ENSAYOS CCLICOS (VASE EL APNDICE A) NOTA La vida cclica de la batera suele medirse en forma anloga a la que se especifica en la norma NEMA IB-3-1978. En el Apndice A se propone un ensayo del ciclo que se considera bastante apropiado en relacin con las instalaciones fotovoltaicas.

Tabla 1. Tensiones finales de descarga (V)

Rgimen de descarga a 25 C Plomo-cido

(V) Nickel-cadmiio

(V) C/10

C/100 C/500

1,75 1,90 1,90

1,10 1,20 1,20

Tabla 2. Tensiones finales de carga (V)

(Rgimen de carga C/20)

temperatura, C Plomo-cido

(V) Nickel-cadmio

(V) 40 30 20 10 0

-10 -20 -30 -40

2,12 2,25 2,2

2,27 2,34 2,45 2,50 2,55 2,57

1,41 1,43 1,47 1,50 1,54 1,57 1,60 1,63 1,65

NOTA Los valores de las tensiones indicados en las Tablas 1 y 2 son apenas representativos. Ciertos tipos especficos de bateras pueden tener caractersticas de tensin que difieren de stas. En este caso se le debe solicitar recomendaciones al fabricante. 7. ROTULADO En las bateras de acumuladores se debe fijar de forma permanente la siguiente informacin: a) Nombre del fabricante, b) Tipo de celda (ejemplo, cido de plomo, Nickel-cadmio), c) Tensin nominal, d) Capacidad en amperios-hora, e) Marcaciones de polaridad, f) En el frente y en el reverso de la celda, los niveles mximos y mnimos del electrolito, g) Fecha de fabricacin, y h) Gravedad especfica con plena carga (si es aplicable).


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8. APNDICE 8.1 DOCUMENTO DE REFERENCIA CANADIAN STANDARS ASSOCIATION. Characterization of Storage Batteries for Photovoltaic Systems. Toronto, 1989, 23 p. (CAN/CSA-F382-M89).


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APNDICE A

ENSAYO CCLICO NOTA 1 Esta no es una parte obligatoria de la norma. NOTA 2 El siguiente ensayo del ciclo se propone como un enfoque razonable para clasificar el rendimiento de dos o ms bateras destinadas a aplicaciones fotovoltaicas*. Si se encuentra que el rgimen de C/10 es una condicin demasiado severa, se podra efectuar un ajuste para tener un rgimen de carga y de descarga menos severo. NOTA 3 El propsito de este Apndice no es incluirlo como requisito relacionado con el suministro de bateras. Se presenta aqu como informacin y puede estar sujeto a cambio o a eliminacin en ediciones futuras. A.1 PREACONDICIONAMIENTO Antes de efectuar los ensayos, la batera se debe preacondicionar como se indica en el numeral 6.1.1. A.2 REGMENES DE CARGA Y DE DESCARGA Los regmenes de carga y de descarga C/10 son los especificados para la batera a 25 C 3 C. A.3 PROCEDIMIENTO A.3.1 Temperatura inicial La temperatura de la batera se debe ajustar a 20 C 3 C usando las tcnicas indicadas en el numeral 6.1.3.1. A.3.2 Carga inicial La batera debe estar plenamente cargada, segn se describe en el numeral 6.1.3.2, a la gravedad especfica recomendada por el fabricante. A.3.3 Temperatura y ciclo elctrico El ciclo del ensayo es como sigue: 1) Descarga a C/10 durante 1 h 2) Carga a C/10 durante 1 h 3) Descarga a C/10 durante 1 h 4) Carga a C/10 durante 1 h 5) Descarga a C/10 durante 1 h

* Para que el ensayo sea vlido, las bateras se deben ensayar a regmenes de carga y de descarga que

ocasionen una falla entre los ciclos 5 y 10.


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6) Carga a C/10 durante 1 h 7) Descarga a C/10 durante 1 h 8) Carga a C/10 durante 0,5 h 9) Disminuir la temperatura en 10 C y esperar 16 h 10) Repetir de 1 a 9 en cada nivel de temperatura hasta que la temperatura sea -40 C 11) Descarga a C/10 durante 1 h 12) Carga a C/10 durante 1 h 13) Descarga a C/10 durante 1 h 14) Carga a C/10 durante 1 h 15) Descarga a C/10 durante 1 h 16) Carga a C/10 durante 1 h 17) Descarga a C/10 durante 1 h 18) Carga a C/10 durante 1 h 19) Descarga a C/10 durante 0,5 h 20) Elevar la temperatura en 10 C y esperar 16 h 21) Carga a C/10 durante 1 h 22) Descarga a C/10 durante 1 h 23) Carga a C/10 durante 1 h 24) Descarga a C/10 durante 1 h 25) Carga a C/10 durante 1 h 26) Descarga a C/10 durante 1 h 27) Carga a C/10 durante 1 h 28) Descarga a C/10 durante 0,5 h 29) Elevar la temperatura en 10 C y esperar 16 h 30) Repetir 21-29 hasta que la temperatura sea 20 C 31) Carga a C/10 durante 1 h 32) Descarga a C/10 durante 1 h


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33) Carga a C/10 durante 1 h 34) Descarga a C/10 durante 1 h 35) Carga a C/10 durante 1 h 36) Descarga a C/10 durante 1 h 37) Carga a C/10 durante 1 h A.3.4 Eficiencia del ciclo en amperios-hora La batera se debe cargar de acuerdo con lo indicado en el numeral 6.1.3.4. La carga que pase se debe usar para determinar la eficiencia del ciclo. En el curso del ciclo, indicado en el numeral A.3.3, se lleva a cabo una carga a C/10 durante un total de 49 h, y una descarga C/10 durante un total de 49 h.

( )

=

corriente/Cxcorriente/Ccortesdenmero(%)ciclodelEficiencia

104920100 xx

A.3.5 Capacidad Despus de determinar la eficiencia del ciclo, se debe calcular la capacidad nominal a C/10, a 25 C 3 C (vase el numeral 6.1.3.3) y compararlo con los valores publicados por el fabricante. El ciclo indicado en el numeral A.3.3 se debe repetir hasta que la capacidad C/10 caiga por debajo del 80 % de la capacidad nominal del fabricante, o hasta que la batera no pueda resistir la descarga en algn punto del ciclo, segn lo que tome menos tiempo. A.4 INFORME Para cada ciclo se debe informar acerca de la eficiencia del ciclo y de la capacidad a C/10. Si la batera falla y no resiste la descarga, se debe anotar el nmero del ciclo y el punto del ciclo. NOTA La incapacidad para soportar descarga ocurre cuando la tensin de la batera cae por debajo de las tensiones finales adecuadas de descarga indicadas en la Tabla 1.

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