A continuación se procede a explicar como dimensionar y seleccionar la batería más adecuada para una instalación de autoconsumo fotovoltaico en función del balance energético del emplazamiento, para qué necesita el usuario la batería y de los equipos que tenga la planta instalados.
ÍNDICE DE CONTENIDOS
ENERGÍA DISPONIBLE
Primero de todo es conveniente consultar el sistema de monitorización de la planta para saber que cantidad de excedentes hay disponibles en un día medio del año. En el caso de nuevos proyectos o plantas no monitorizadas se propone usar la siguiente tabla para estimar la energía no aprovechada (válida para el sector residencial):
El Ratio P/C es el resultado de dividir la producción anual de la planta por el consumo total del emplazamiento. Por ejemplo, si la energía generada es de 2.000,00 [kWh/año] y el consumo es de 4.000,00 [kWh/año], el ratio será de 0,50. Esto nos indica que el aprovechamiento esperable es del 76,06%, es decir, el 23,94% restante son excedentes (478,80 [kWh/año] o 1,31 [kWh/día]).
La generación fotovoltaica anual puede ser fácilmente estimada y el consumo se puede obtener de facturas de la luz. En proyectos existentes, si la instalación no está monitorizada pero si legalizada bajo la modalidad de autoconsumo con excedentes y compensación, en las facturas deberían venir indicados los excedentes vertidos a red.
CAPACIDAD REQUERIDA
La capacidad de la batería va a depender de las necesidades del usuario. Si sencillamente se desea reducir la dependencia de la red eléctrica, se elegirá un acumulador con capacidad útil similar a los excedentes de un día medio del año.
Capacidad batería ≈ Excedentes vertidos / Profundidad de descarga ≡ [kWh]
En el caso de desear disponer de back-up por si hubiese un corte del suministro, es conveniente sumar a los excedentes los consumos de las cargas críticas a mantener, que dependerán de la potencia de estas cargas, su tiempo de uso diario y los días de autonomía de los que se desee disponer (1 día normalmente). El cálculo se realiza como se expone en la siguiente tabla:
Capacidad batería ≈ (Excedentes + Consumo cargas críticas) / Profundidad de descarga ≡ [kWh]
| Cargas | U | Potencia ([kW/u]) | Uso ([h/día]) | Autonomía ([días]) | Consumo ([kWh]) |
|---|---|---|---|---|---|
| Nevera | 1 | 0,05 | 24 | 1 | 1 · 0,05 · 24 · 1 = 1,20 [kWh] |
Es oportuno que el sistema de almacenamiento implantado sea capaz de reservar la energía para las cargas críticas, es decir, que no se use esa «parte» de la batería para mejorar el autoconsumo, ya que sino, cuando se produzca un apagón, es posible que se dé justo cuando las baterías estén agotadas.
También se recomiendan sistemas capaces de cargar desde la red eléctrica o generadores diésel en el caso sufrir apagones muy a menudo. En estos casos además es preferible recurrir a inversores y baterías ideados para funcionamiento en modo aislada, ya que son situaciones que someten a mucho estrés a los equipos.
POTENCIA EXIGIDA
La potencia es un factor importante en sistemas con back-up, ya que la máxima que se podrá demandar estará limitada no solo por la potencia del inversor híbrido o inversor-cargador, sino también por el acumulador elegido. Las baterías de litio, que actualmente son la opción más empelada, suelen ser capaces de entregar ~ 0,5-1,0 [kW] por cada [kWh] de capacidad.
Potencia exigida = Σ Potencia cargas críticas simultáneas = P1 · U1 + … + PN · UN ≡ [kW]
En el caso de sistemas de almacenamiento acoplados a instalaciones de autoconsumo en corriente alterna (e.g. Tesla Powerwall), el inversor-cargador que gestiona la batería no solo tiene que cumplir este requisito, adicionalmente deberá de tener una potencia igual o mayor a la del inversor conectado a los paneles.
MODELOS COMPATIBLES
Los diferentes inversores híbridos e inversores-cargadores disponibles en el mercado son solo compatibles con un número limitado de tecnologías (e.g. plomo-ácido, litio), modelos/marcas de batería (e.g. BYD/LVS, Pylontech/US2000) e incluso rangos de capacidad. Además, la funcionalidad back-up está habilitada solo para algunas soluciones de inversores/baterías, no es la norma.
Esto es un aspecto problemático y farragoso de comprobar, afortunadamente algunos distribuidores de material fotovoltaico y fabricantes de baterías han ido publicando guías técnicas sobre esta cuestión, uno de los más completos es el documento Storage Map | Storage Systems Comparative Table publicado por el distribuidor VP Solar:
En el caso particular de las baterías de plomo-ácido se deberá consultar si el inversor es compatible esta tecnología y elegir un número de baterías que conectadas en serie (nunca en paralelo) alcancen la capacidad necesaria y el voltaje de operación del sistema, que suele ser de 12, 24, 36 o 48 [V].
CASO PRÁCTICO
Se desea calcular y seleccionar un sistema de almacenamiento para una instalación de autoconsumo fotovoltaico existente de 5 [kWp] que posee un inversor monofásico con optimizadores SolarEdge modelo SE5000H. La producción anual es de 7.500 [kWh/año], de los cuales, el 33,33% son excedentes. El usuario además desea valorar la opción de disponer de un sistema back-up para cubrir el consumo de una nevera, 10 bombillas LED y una vitrocerámica durante 1 [día].
PASO 1 – Cálculo de los parámetros energéticos.
La energía disponible para almacenar es de 6,85 [kWh/día] (7.500 · 0,33 / 365). A parte será necesaria una reserva de 2,70 [kWh/día] para las cargas críticas. La potencia a asegurar en caso de apagón es muy baja, de apenas 1,15 [kW]. Los cálculos realizados se desglosan a continuación:
| Cargas | U | Potencia ([kW/u]) | Uso ([h/día]) | Autonomía ([días]) | Consumo ([kWh]) |
|---|---|---|---|---|---|
| Nevera | 1 | 0,05 | 24 | 1 | 1 · 0,05 · 24 · 1 = 1,20 [kWh] |
| LEDs | 10 | 0,01 | 5 | 1 | 10 · 0,01 · 5 · 1 = 0,50 [kWh] |
| Vitro | 1 | 1,00 | 1 | 1 | 1 · 1,00 · 1 · 1 = 1,00 [kWh] |
| Total | – | 1,15 [kW] | – | – | 2,70 [kWh] |
PASO 2 – Selección del sistema de almacenamiento (opción 1).
En la guía expuesta anteriormente se puede comprobar que este modelo de inversor es compatible con las baterías de LG gama Chem Resu HV. En concreto, dados los consumos del usuario, el modelo más adecuado es el RESU7H, con 6,6 [kWh] de capacidad y 3,5 [kW] de potencia.
Capacidad batería ≈ Excedentes vertidos / Profundidad de descarga = 6,85 / 0,9 = 7,61 [kWh]
Si además se consideran las cargas a mantener en caso de corte del suministro, la batería ideal sería la RESU10H, con 9,30 [kWh] de capacidad y 5 [kW] de potencia, no obstante este conjunto inversor-batería no dispone de modo back-up, por lo que habrá que valorar otra solución:
Capacidad batería ≈ (E.V. + Consumo cargas críticas) / P.D. = (6,85 + 2,70) / 0,9 = 10,61 [kWh]
PASO 3 – Selección del sistema de almacenamiento (opción 2).
Cuando el usuario desea tener modo back-up pero su inversor no dispone de él, o directamente no es híbrido, hay dos soluciones . La primera supone cambiar el inversor existente por uno híbrido con back-up, lo cual puede ser complejo y costoso en sistemas con microinversores u optimizadores de potencia como ocurre en el ejemplo planteado.
La segunda opción es acoplar un nuevo inversor-cargador a la salida del existente, esto permite evitar tener que alterar demasiado la instalación existente y acceder a muchas más soluciones de baterías. Como desventajas señalar que el sistema es un 5-10% menos eficiente al realizar varias conversiones de corriente (CA→CC→CA) y que no toda la planta podrá normalmente controlarse con un único portal de monitorización.
En este caso se ha decidido optar por la segunda opción y recurrir a un inversor-cargador con back-up marca Victron y modelo Multiplus-II de 5 [kW] (48/5000/70-50), que es compatible con más de media docena de fabricantes de baterías de litio, entre ellos BYD, en concreto con sus baterías LVS de 4 / 8 / 12 / … / 24 [kWh], de las cuales se elige la de 8 [kWh], que es capaz de entregar hasta 6,7 [kW] de manera continuada.
PASO 4 – Comentarios y aclaraciones finales.
Cabe aclarar que las dos opciones planteadas son perfectamente válidas, con sus pros y contras que el cliente final deberá valorar en función de sus prioridades. En cualquier caso, el tema de las baterías es complejo y a menudo no hay una solución perfecta.
Sobre el ejemplo planteado es necesario precisar que SolarEdge va a sacar a principios de 2022 su propia batería, la Energy Bank de 10 [kWh] de capacidad y 5 [kW] de potencia, si bien actualmente se desconoce en qué regiones se homologará y permitirá activar su sistema back-up.
Interesante y clarificador, aunque se ha dado un salto conceptual bastante grande. Las baterias post-apagón abril 2025 no son para absorver excedentes sino para gestionar los consumos de la red y evitar las puntas de tarifa. También vamos a hogares con mucho consumo eléctrico con las aerotermias y vehículos eléctricos. 1200 kwh mes es un cifra incluso baja para una vivienda (casa).
Buenas tardes Ito,
La publicación está orientada a autoconsumos residenciales, en estos casos la batería por regla general va a cargar con los excedentes, no suelen operar cargando desde la red.
No obstante hay algunos inversores que si que permiten cargar la batería desde la red, normalmente cuando la energía está barata (por la noche) y no hay demanda en la vivienda ni posibilidad de cargar con energía solar. Esto no es muy rentable para un usuario doméstico, pero puede hacerse.
Saludos.