Archivo para febrero 6th, 2012


Los supercondensadores son dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica en forma de cargas electroestáticas confinadas en pequeños dispositivos, formados por pares de placas conductivas separadas por un medio dielèctrico. La construcción y funcionamiento es similar a un condensador convencional a gran escala. Un supercondensador puede llegar a tener capacidades del orden de miles de faradios. Los supercondensadores son caracterizados por poder ser cargados y descargados en brevísimos períodos de tiempo, del orden de segundos o menos, lo cual los hace especialmente apropiados para responder ante necesidades de puntas de potencia o ante interrupciones de suministro de poca duración. Ello es debido a que el almacenamiento de cargas es puramente electroestático.

En los ùtlimos años, los supercondensadores han surgido como una alternativa o complemento imporante para otros dispositivos de producción o almacenaimento de energía eléctrica como las pilas de combustible o las baterías. La principal virtud del primero frente a los dos ùltimos es la mayor potencia que es capaz de inyectar, aunque poseen una menor densidad de energía. Otras características de los supercondensadores son la rapidez de carga y descarga, pueden proporcionar corriente de carga altas, cosa que daña a las baterías, el nùmero de ciclos de vida de los mismos, del orden de millones de veces, no necesitan mantenimiento, trabajan en condiciones de temperatura muy adversas y por ùltimo, no presentan en su composición elementos tóxicos, muy comùn en baterías.

La principal desventaja de los supercondensadores es la limitada capacidad de almacenar energía, y al dìa de hoy, su mayor precio. En realidad debido a sus diferentes prestaciones, condensadores y baterìas no son sistemas que rivalicen entre sí, si no màs bien se pueden considerar en muchas aplicaciones como sistemas complementarios donde la baterìa aporta la energìa mientras el supercondensador aporta los picos de potencia.

Los materiales estudiados como electrodos para supercondensadores son principalmente de tres tipos: óxidos de metales de transisión, polímeros conductores y materiales de carbono activados. Con óxidos metalicos se han conseguido valores de capacidad muy altos, pero estos supercondensadores tienen la desventaja de que son excesivamente caros y por lo tanto sólo se utilizan en aplicaciones militares y en la industria aeroespacial. El uso de polìmeros conductores tambièn puede dar lugar a capacidades relativamente altas, pero estos materiales presentan el inconveniente de que sufren hinchamiento y contracciòn, lo cual es indeseable puesto que pueden ocasionar la degradación de los electrodos durante los ciclos de carga y descarga. Finalmente, los materiales de carbono se presentan como los materiales activos del electrodo más atractivos, debido a su baje coste relativo, elevada área superficial (pueden superar los 2200 m²/g) y gran disponibilidad. Además, los materiales de carbono pueden presentar unas estructuras diferentes (materiales grafìticos, grafitizables o no grafitizables) y estàn disponibles en una gran variedad de formas (fibras, telas, aerogeles o nanotubos).

Se puede decir que, actualmente, sòlo los supercondensadores basados en carbono, o también llamados condensadores de doble capac (double-layer capacitors), han conseguido llegar a la etapa de comercialización.

Las características principales de estos dispositivos se indican a continuación:

  • Altas capacidades: aprox 1 – 5000 F
  • Densidad de energía unitaria: aprox 1 – 10 Wh/kg
  • Densidad de potencia: aprox 1 – 10 kW/kg
  • Tiempos de carga y descarga: aprox minutos, segundos
  • Número de ciclos de carga y descarga: aprox 10⁶
  • Tensión de trabajo limitada: aprox 1 – 500 V
  • Rendimiento elèctrico: aprox 95 – 99%
  • My baja autodescarga
  • Precio relativamente alto
  • No necesitan mantenimiento
  • No poseen elementos tóxicos
  • Resistencia a condiciones adversas de temperatura

Una batería es un elemento acumulador elèctrico que almacena energía eléctrica mediante procesos electroquímicos. Es un generador eléctrico secundario. No produce energía eléctrica en sí, sino que libera la que anteriormente se ha almacenado durante su carga. El número de cargas y descargas vendrá limitado por su vida útil.

La principal virtud de las baterías es la mayor densidad de energía que poseen frente a muchos otros almacenadores, pero tienen ciertas desventajas o restricciones. Una de ellas es la baja velocidad de carga y descarga permitida. Una batería tiene restricciones de tiempos y corrientes de carga y descarga. Por su naturaleza, no son dispositivos capaces de absorber grandes puntas de potencia en las cargas ni proporcionarlas en las descargas sin que ello no repercuta negativamente en su vida útil. Su rendimiento no es muy elevado, del orden del 80%, debido a su resistencia interna, la cual es notable en los procesos de carga y descarga del dispositivo. Otra caracterìstica desfavorable es la propia autodescarga con el tiempo debido a la resistencia de fuga. Algunos tipos de baterìas presentan el llamado “efecto memoria”, en el que en cada recarga se limita el voltaje o la capacidad de almacenamiento, debido a corrientes elevadas, altas temperaturas, al envejecimiento del dispositivo, imposibilitando el aprovechamiento de toda su energía. Un inconveniente no menos importante es la alta toxicidad de los metales pesados que forman parte de algunos tipos de baterìas, que constituyen un problema medioambiental grave. Se estàn intentando reducir esta toxicidad con la sustitución por nuevas sustancias menos contaminantes.

Entre los tipos de baterías existen de Plomo-Ácido, NaS, Ni-Cd, Mi-Mh, Lio-ión y otras varias. Entre ellas, las baterías de plomo han sido las más desarrolladas y utilizadas en sistemas de potencia. El resto de baterías están siendo utilizadas en aplicaciones donde las restricciones de tamaño y peso son críticas. Las baterías de ión litio son las que mayores ventajas presentan, en cuanto a densidades de energía y potencia específica, eficiencia en el almacenamiento, mayor rendimiento en la descarga, ausencia de efecto memoria, pero por contra, dichos dispositivos son caros, y aunque prometen en un futuro próximo, su tecnología aún le queda por madurar. En la actualidad se están llevando a cabo proyectos de ingestigación cuyo objetivo es el aprovechamiento de las ventajas de este tipo de baterías y el desarrollo de la tecnología.

Las baterías más utilizadas en sistemas de almacenamiento de energía de fuentes de energía renovables (solar, eólica, …) son las baterías estacionarias. Son baterías de pomo-ácido de bajo contenido de antimonio. Éstas poseen unos 2000 ciclos de vida cuando la profundidad de descarga es de un 20% (es decir que la batería estará con un 80% de su carga) y unos 1200 ciclos cuando la profundidad de descarga es del 50%. Estas baterías tienen una autodescarga menor del 3% y una eficiencia del 75%. Pueden soportar descargas del 80% y tener una vida ùtil de unos 15 años. Son utilizadas en instalaciones de grandes potencias.

Estas baterías se comercializan en celdas unitarias de 2V, o en bancadas que suelen ser de 12V ó 24V que no es más que una asociación encapsulada de celdas unitarias. Estas celdas son capaces de dar altas tasas de energía (Ah). Se puede conseguir la tensión de trabajo deseada mediante la asociación en serie de estos dispositivos.

Las caracterìsticas principales de estos dispositivos se indican a continuación:

  • Densidad de carga: aprox 20 – 100 Wh/kg
  • Densidad de potencia unitaria: aprox 20 – 200 W/kg
  • Rango de energía: para sistemas de hasta 100 MWh
  • Rando de potencia: aprox 1 kW – 30 MW
  • Tiempos de carga y descarga: aprox horas
  • Nùmero de ciclos de carga y descarga: 1000 – 3000
  • Rendimiento: 75% – 99% según tecnologías
  • Autodescarga: 0 – 20% al mes según tecnologías
  • Precios bajos para Pb-ácido, medios para Ni-Cd y carios para Li-ión
  • Según tipo puede poseer elementos tóxicos

Dada la importancia que está adquiriendo el aprovechamiento de Fuentes de Energía Renovable (FER) en sistemas de generación distribuida, microredes o redes de distribución, es primordial el estudio de la integración de éstas de la manera más eficiente posible.

Debido al carácter intermitente, variable e impredecible de estas fuentes de energía, se hace interesante y a la vez necesario el uso de sistemas de almacenamiento, para poder integrar un sistema de generación de energía eléctrica más robusto, autónomo, fiable y competitivo. Los sistemas de almacenamiento integrados en sistemas de generación con fuentes de energía renovable dotan de mayor autonomía y robustez a los mismos, absorbiendo la energía producida desde fuentes de energía renovables intermitentes, y liberándola en los momentos de mayor demanda, elevado coste de generación o cuando no existe otra fuente de energía disponible.

Estos acumuldores permiten disponer de una reserva de energía, proveniente en principio de la fuente renovable, de forma que siempre se disponga de una backup de energìa, permitiendo abastecer una demanda de potencia mayor que la producida mediante la FER.

Además, ante un posible fallo de la red de distribución, la microred puede desconectarse de ésta y abastecer a las cargas que tiene conectadas mediante la fuente de energía renovable en conjunto con un sistema de almacenamiento. Ello permitirá no dejar de abastecer la microred y facilitar la recomposición del sistema de distribución primario sin desaprovechar la energía aportada por la fuente de energía renovable.

Por tanto, los sistemas de generación mediante energías renovables que incorporan almacenamiento permiten gestionar la energía generada por la fuente renovable de una forma más óptima, aumentando la disponibilidad de éstas. Además, estos sistemas pueden ser capaces de mantener la potencia en un microred ante fallos de la red por lo que aumentan la fiabilidad del sistema global. Igualmente, estos sistemas están capacitados para proporcionar protección contra las perturbaciones de tensión en la red eléctrica reduciendo la distorsion armónica y eliminando los huecos de tensión. Todas estas ventajas hacen que la integración de los sistemas de almacenamiento en estos sistemas de generación sea indispensable para una gestión adecuada y óptima de la energía en una microred.


El estudio de sistemas de generación distribuida de energía eléctrica (GD) es en la actualidad uno de los campos en los que se están invirtiendo los mayores esfuerzos, tanto en recursos humanos como financieros, por parte de gobiernos y compañias elèctricas. Esto es debido, a que la integración en la red eléctrica de distribución de los recursos procedentes de las energías renovables ha propiciado el auge de pequeños sistemas de generación, que se conectan a un sistema de generación centralizado acarreando nuevas problemáticas que deben ser estudiadas y solventadas para poder realizar esta integración con éxito.

Debido a todo ello aparece el concepto de microred. Se trata de pequeños sistemas inteligentes de distribución eléctrica autogestionados localmente, de forma que podrían funcionar tanto conectados a la red pública de distribución como aislados de la misma. Las microredes eléctrias están siendo ampliamente investigadas y comienzan a ser implementadas. Éstas podrían suponer una pequeña revolución energética en la que los consumidores y el medio ambiente serían sus principales beneficiarios.

Las microredes permiten una mayor calidad del suministro, un mayor ahorro y una menor dependencia de la red de distribución, ya que se controla más el consumo y se optimizan los elementos del sistema. Además, la mayor cercanìa entre las fuentes de generación y la demanda, y el aprovechamiento en red de los diversos sistemas de energía y calor aumentan considerablemente la eficiencia energética del conjunto. Otra ventaja de estos sistemas es la reducción de los costes de distribución al encontrarse las fuentes de generación y las cargas más cercanas.

Una microred implica también utilizar la energía de forma descentralizada, lo que reduce la dependencia hacia la red de distribución eléctrica convencional. Ello también permite llevar energía eléctrica donde antes era inviable, funcionamiento en isla, independiente de la red.

Por otro lado, en situaciones de fallo de la red de distribución, los usuarios pueden ser desconectados de la misma y abastecidos mediante el propio sistema. Por ello, la red pública se beneficiaría también de estas microredes, ya que apoyarìan su aoperación. También, los cambios en la regulación del mercado eléctrico y el avance tecnológico de los pequeños sistemas de generación eléctrica crearán nuevas oportunidades de negocio para las distribuidoras actuales o para nuevas iniciativas relacionadas con la implantación, gestión y mantenimiento de las microredes.

La generación de energía eléctrica basada en energías renovables está tomando cada vez más importancia, interés y necesidad. En la actualidad, el aporte de energía de dichas fuentes a la generación glabal se encuentra en torno al 20%. Hasta el momento, dicho aporte se venìa haciendo por medio de inyección de corriente en fase con una tensión impuesta por la red de distribución. Actualmente, como en el caso de los aerogeneradores, se comienza a inyectar también potencia reactiva. Este aporte energético viene condicionado por la naturaleza intermitente de la fuente de energía en cuestión. En ocasiones se dispone de elevadas puntas de producción de energía y, en otros casos, tasas bajas o incluso nulas. Todo ello hace que un sistema de distribución no pueda depender en gran parte de sistemas de generación basada en energías renovables, o al menos, de esta forma.