Cómo elegir una lámpara solar? Entrada 3: Que sea durable (gestión de la batería).

Cómo elegir una lámpara solar? Entrada 3: Que sea durable (gestión de la batería).

La batería representa alrededor del 50% del costo total de una lámpara solar. Adicionalmente, no solo es el elemento más costoso sino también el más susceptible a fallar. Por esta razón la durabilidad de la lámpara orbita alrededor de la batería. Si deseas una lámpara durable deberás considerar los siguientes aspectos que condicionan el desempeño de la batería.

1. Tecnología de la batería

En el pasado la tecnología más común era el plomo (en sus versiones electrolito líquido, gelificado y absorbido). Este tipo de baterías son voluminosas, pesadas e ineficientes pues en el mejor de los casos solo pueden entregar la mitad de la energía que almacenan. Estas razones le han abierto paso a otras tecnologías como el litio que tiene numerosas vertientes incluyendo NMC, LMO, LTO y LFP. En términos de durabilidad, las que presentan mejor desempeño son las LFP (litio-hierro-fosfato) que pueden alcanzar entre 2000 y 9000 ciclos de carga/descarga. 

2. Profundidad de descarga

El porcentaje que se descarga cada día la batería se denomina profundidad de descarga DoD (Deep of discharge). Un DoD de 100% significa descarga completa de la batería mientras que un DoD de 10% significa que la batería mantiene el 90% de su carga. La alianza internacional solar recomienda un DoD de 40% (ver criterio 3 en la entrada de durabilidad) para lograr sistemas cuya durabilidad alcance 10 años. Para ello se debe cuantificar con exactitud la energía que la lámpara utiliza durante la noche y verificar que la batería pueda almacenar 2.5 veces esta energía.

Adicionalmente, la durabilidad también depende de la química de la batería. En el caso de baterías LFP se tiene que con DoD 100% la máxima vida esperada será de 2000 ciclos (~5 años). Por otra parte, implementando un diseño con DoD 50% se alcanzarán 5000 ciclos (~14 años) (link). Esto significa que si se usa solo la mitad de la carga almacenada en la operación la vida de la batería se extiende alrededor de tres veces. Algo importante a considerar es que no todas las tecnologías de litio funcionan igual. Por ejemplo, la química NMC (Litio-Níquel-Manganeso-Cobalto) alcanza sólo 300 ciclos (< 1 año) a 100% DoD y 1000 ciclos (2.7 años) a 40% DoD (link).

3. Velocidad de carga/descarga

La velocidad de carga o descarga se mide con el numero C. Decimos que una batería a 1 C se carga/descarga en una hora, mientras que a 0.5C se carga/descarga en dos horas, y así sucesivamente. En general, las mediciones que se hacen sobre la batería (para determinar su capacidad, ciclos de vida, etc) se hacen a 0.2 C. Por esta razón, es importante que la operación de la lámpara solar permita que la batería se gestione a 0.2 C o como máximo a 0.5 C, es decir, que el tiempo de carga/descarga nunca sea inferior a 2 horas  (0.5 C).

4. Temperatura de operación

El rango ideal de operación de las baterías de litio es entre 15 y 48ºC (link). Fuera de este rango la vida útil de la batería se reducirá. En climas tropicales el mayor reto será conseguir que la carcasa de la batería permita una refrigeración adecuada. Esto se logra con mayor facilidad con carcasas metálicas que incluyan aletas de disipación. En el otro extremo, para climas muy fríos se deben incluir controladores especializados que gestionen tanto la energía como temperatura de la batería (BMS + TMS, battery/thermal management system).

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