El aluminio está integrado en hardware de energía renovable a varias escalas: como lámina colectora de corriente de 10 a 20 micrones dentro de cada celda de iones de litio-, como lengüeta y lámina de barra colectora en módulos y paquetes, como marcos extruidos alrededor de módulos fotovoltaicos y como hardware de refrigeración en la gestión térmica de baterías. Cada aplicación conlleva sus propios criterios de aleación, conductividad y corrosión.
Colectores de corriente en celdas-de iones de litio
El papel de aluminio es el colector de corriente catódico estándar porque su capa de pasivación forma un óxido delgado y estable que resiste el potencial de la celda, mientras que su baja densidad mantiene baja la masa de la celda. La especificación típica es un calibre de 12 a 20 micras, siendo 15 micras el valor de producción común, con una pureza del 99,5 por ciento o superior. Las aleaciones utilizadas son 1235, 1060, 1070 y 1100, entregadas en un temple tipo H18 endurecido por trabajo que proporciona la resistencia a la tracción necesaria para sobrevivir al recubrimiento, corte y bobinado sin arrugarse. La tolerancia del espesor y la curvatura son fundamentales: unas pocas micras de variación cambian la uniformidad del recubrimiento y las rebabas de los bordes pueden penetrar el separador. La lámina para esta tarea se pide según GB/T 3198 o la serie EN 546, que definen las condiciones técnicas, las propiedades mecánicas y las tolerancias por separado. Muchos fabricantes de celdas también aplican una fina capa de carbono a la lámina para reducir la resistencia de contacto interfacial.
Lengüetas, barras colectoras y carcasas de batería
Las pestañas y barras colectoras son de mayor calibre y se seleccionan por su conductividad eléctrica en lugar de su resistencia. La aleación 1050A y el grado de conductor 1350 ofrecen aproximadamente el 61 por ciento de la conductividad del Estándar Internacional de Cobre Recocido, que es el punto de referencia práctico para los conductores de aluminio. Las pestañas suelen tener entre 0,2 y 0,5 mm, mientras que las barras colectoras y las interconexiones tienen un grosor de 1 a 3 mm y se unen mediante soldadura ultrasónica o láser en lugar de soldadura. Las carcasas de módulos y paquetes utilizan 6061-T6 para marcos estructurales, 3003 o 1050 para placas de enfriamiento y 5052 o 5083 donde se espera exposición a la sal. Cuando el aluminio se encuentra con el cobre en una junta, la corrosión galvánica debe controlarse mediante niquelado, placas de transición bimetálicas y manteniendo la junta seca.
Marcos y montaje de módulos solares
Los módulos fotovoltaicos utilizan marcos extruidos en aleación 6063, generalmente en el temple T6, ordenados según ASTM B221 o una norma de perfil nacional equivalente. Según ASTM B221, la condición T6 requiere una resistencia a la tracción mínima de 205 MPa y un límite elástico mínimo de 170 MPa, valores que respaldan los casos de carga mecánica aplicados en la calificación del módulo. Los módulos están aprobados-según IEC 61215 para calificación de diseño y IEC 61730 para seguridad, y la prueba de carga mecánica en IEC 61215 se ejecuta comúnmente a 2 400 Pa, y se utilizan niveles más altos para regiones con mucha nieve. Los marcos están anodizados según las designaciones de espesor ISO 7599, generalmente AA15 para servicio exterior estándar, y los rieles de montaje utilizan la misma familia de aleaciones con sujetadores compatibles para evitar pares de metales diferentes.
Gestión Térmica y Corrosión en Servicio al Aire Libre
La refrigeración de baterías e inversores se basa en placas frías de aluminio, extrusiones de micro{0}}canales y disipadores de calor con aletas, donde la conductividad térmica y la caída de presión son los impulsores del diseño. La vida útil en instalaciones al aire libre está limitada por la corrosión, por lo que los componentes están calificados mediante pruebas de niebla salina neutra según ISO 9227 y, para sistemas fotovoltaicos, por las secuencias de calor húmedo y congelación de humedad en IEC 61215. La seguridad y el rendimiento a nivel de celdas y paquetes están cubiertos por estándares como IEC 62619 para baterías de litio industriales e IEC 62660-1 para celdas de vehículos eléctricos. En términos de adquisiciones, los tres elementos que más frecuentemente causan rechazo son la tolerancia del espesor de la lámina, la altura de las rebabas en los bordes cortados y el espesor del recubrimiento anódico en los marcos, por lo que estos deben especificarse con un límite mensurable y verificarse en cada lote.
Preguntas frecuentes
Q:¿Qué espesor de papel de aluminio se utiliza en las celdas de iones de litio-?
R: La lámina colectora de corriente catódica suele tener un tamaño de 12 a 20 micrones, siendo 15 micrones el calibre de producción más común, con una pureza del 99,5 por ciento o superior.
Q:¿Qué aleación de aluminio se utiliza para las barras colectoras de baterías?
R: 1050A y el grado de conductor 1350 son estándar y ofrecen aproximadamente el 61 por ciento de la conductividad del Estándar Internacional de Cobre Recocido con buena conformabilidad.
Q:¿Por qué se utiliza aluminio en lugar de cobre para el colector catódico?
R: En el potencial catódico, el aluminio forma un óxido pasivo estable que resiste la disolución, mientras que el cobre se corroería. El cobre sigue siendo el estándar para el lado del ánodo.
Q:¿Qué normas cubren los marcos de módulos fotovoltaicos?
R: Los marcos se extruyen según ASTM B221 o un estándar de perfil equivalente en aleación 6063-T6, mientras que el módulo terminado está calificado según IEC 61215 e IEC 61730.
Q:¿Cómo se verifica la resistencia a la corrosión del hardware de energía exterior?
R: Mediante pruebas de niebla salina neutra según ISO 9227, y para productos fotovoltaicos mediante las secuencias de congelación de humedad y calor húmedo especificadas en IEC 61215.
Q:¿Se pueden unir aluminio y cobre directamente en un pack?
R: En la producción se utilizan juntas directas, pero son susceptibles a la corrosión galvánica en presencia de humedad. La mitigación habitual es un niquelado o una placa de transición bimetálica más sellado.