Dimensionamiento de baterías solares: cómo calcular los Ah para el sistema de tu hogar

La mayoría de los propietarios que compran una batería solar por primera vez calculan mal la capacidad en una de dos direcciones. O gastan de más en una capacidad que nunca llegarán a utilizar, o compran un banco que se agota a las 8 p. m. y obliga a encender el generador todas las noches. Ambos errores se deben a omitir un cálculo sencillo. Esta guía explica ese cálculo paso a paso, tal como lo hacen nuestros ingenieros al especificar un sistema residencial, para que pueda dimensionar con confianza un banco de baterías LiFePO4 antes de gastar un centavo.

Antes de hacer los cálculos, tenga claro para qué está dimensionando el sistema. Una batería solar residencial suele cumplir una de estas tres funciones. Respaldo eléctrico: mantener activos los consumos esenciales durante los cortes de la red, normalmente por horas o un par de días. Autoconsumo: almacenar el excedente solar del mediodía y descargarlo por la tarde para reducir las facturas. Vida sin conexión a la red: abastecer toda la casa cada noche, durante todo el año, sin depender de la red. La función determina el objetivo de autonomía, y este influye en la capacidad en amperios-hora más que cualquier otro factor.

El primer paso es auditar las cargas. Haga una lista de todos los aparatos que la batería debe alimentar durante las horas de descarga y multiplique los vatios por las horas para obtener los vatios-hora diarios. Un ejemplo realista de cargas esenciales para una vivienda familiar sería: refrigerador, 150 W durante 24 h = 3.600 Wh; iluminación LED, 100 W durante 6 h = 600 Wh; router Wi-Fi y computadora portátil, 80 W durante 10 h = 800 Wh; televisor, 120 W durante 4 h = 480 Wh; bomba de agua, 750 W durante 0,5 h = 375 Wh; microondas, 1.000 W durante 0,25 h = 250 Wh. Añada un 15 % para cubrir las pérdidas del inversor y las cargas pequeñas que haya olvidado. El consumo diario requerido será de aproximadamente 7.100 Wh, es decir, unos 7,1 kWh.

El segundo paso convierte los kilovatios-hora en amperios-hora, ya que la capacidad de la mayoría de los bancos de baterías se expresa en Ah a una tensión nominal. La fórmula es: capacidad de la batería en Ah = Wh diarios x días de autonomía / (tensión del sistema x profundidad de descarga utilizable). Aquí es donde LiFePO4 cambia el resultado frente a las químicas más antiguas. Un paquete LiFePO4 de calidad ofrece habitualmente una profundidad de descarga utilizable del 80 al 90 %, mientras que las baterías de ciclo profundo tradicionales solían dimensionarse para un 50 % de capacidad utilizable a fin de proteger su vida útil en ciclos. La misma carga requiere la mitad de amperios-hora nominales.

Hagamos el cálculo del ejemplo con un sistema de 48 V y un día de autonomía: 7.100 Wh x 1 / (48 V x 0,85 de DoD utilizable) = aproximadamente 175 Ah. Con dos días de autonomía, se necesitan unos 350 Ah. Si prefiere cifras redondas, un banco de 48 V y 350 Ah, o dos cadenas en paralelo de 48 V y 175 Ah, cubrirá cómodamente un corte de dos noches. Si su sistema funciona a 12 V, divida entre 12 en lugar de 48: necesitará exactamente cuatro veces más amperios-hora, unos 700 Ah. Por eso los sistemas para toda la vivienda casi siempre se estandarizan en 48 V: las tensiones más bajas requieren cableado más pesado, generan más corriente y provocan mayores pérdidas de conversión. En la página de productos de baterías de litio de 48 V puede ver cómo agrupamos módulos de rack para este tipo de expansión en paralelo.

El tercer paso consiste en comprobar la tasa de descarga, no solo la energía. Los amperios-hora indican cuánto dura la batería, pero la tasa C indica si puede suministrar la potencia máxima que exigen sus cargas. Sume las potencias de arranque y funcionamiento que podrían coincidir: un microondas de 1.000 W, una bomba de 750 W y el arranque del compresor del refrigerador pueden superar los 3.000 W durante un instante. A 48 V, eso equivale a unos 65 A de forma continua, una carga que cualquier banco LiFePO4 correctamente especificado puede manejar sin esfuerzo. A 12 V, ese mismo pico representa 260 A y somete a esfuerzo los cables, los fusibles y el BMS. Dimensione la corriente de descarga continua de la batería para que sea 1,25 veces su peor carga simultánea realista, y compruebe que la corriente máxima del BMS cubra los picos de arranque de motores y compresores.

El cuarto paso es dimensionar el sistema teniendo en cuenta la temperatura y el envejecimiento, dos factores que reducen discretamente la capacidad real. LiFePO4 pierde capacidad utilizable al cargarse en condiciones bajo cero, a menos que el paquete tenga autocalentamiento o un BMS con protección contra la carga a baja temperatura. Por eso, un banco instalado en un garaje de una región fría debería incluir aproximadamente entre un 10 y un 15 % de capacidad adicional. El envejecimiento es más gradual: una buena celda LiFePO4 conserva alrededor del 80 % de su capacidad tras 4.000 a 6.000 ciclos, equivalentes a más de 10 años de ciclos diarios. Sin embargo, dimensionar el banco suponiendo que contará con el 90 % de su capacidad inicial permite mantener un rendimiento realista en el octavo año. Multiplique el resultado del segundo paso por 1,15 en climas fríos y tendrá un banco que seguirá cubriendo la auditoría de cargas dentro de una década.

Un breve ejemplo práctico reúne todos los factores. Cabaña sin conexión a la red, consumo diario de 5 kWh, tres noches de autonomía, sistema de 48 V y clima templado: 5.000 x 3 / (48 x 0,85) = unos 368 Ah; redondee a 400 Ah. Vivienda conectada a la red con autoconsumo vespertino, consumo nocturno de 7 kWh y una noche de autonomía: unos 175 Ah; redondee a 200 Ah. Sitio rural de tipo telecom o despacho en casa que nunca debe quedarse sin energía, consumo diario de 3 kWh y dos noches de autonomía: unos 148 Ah; redondee a 150 Ah. Estos tres perfiles abarcan la mayoría de las consultas residenciales que recibimos y muestran cuánto influye el número de días de autonomía en los amperios-hora, mucho más que el tamaño de los paneles.

Tres errores de dimensionamiento explican la mayoría de las instalaciones decepcionantes. Primero, dimensionar según la potencia nominal del inversor en lugar de hacer una auditoría de cargas: un inversor de 5 kW no indica cuánta energía consume realmente durante la noche. Segundo, ignorar en la fórmula la profundidad de descarga utilizable y comparar los amperios-hora nominales de químicas distintas, lo que oculta que la diferencia real de costo puede duplicarse. Tercero, olvidar los picos de arranque, de modo que el banco se apaga cuando suena una alarma, arranca un compresor o se pone en marcha una bomba de pozo. En este caso, una hoja de cálculo metódica es mejor que cualquier regla general.

Si prefiere no hacer los cálculos a mano, nuestra página de soluciones solares y para sistemas sin conexión a la red presenta configuraciones predimensionadas para perfiles domésticos habituales. La misma lógica de dimensionamiento se aplica a sistemas híbridos y comerciales, que abordamos en nuestra página de soluciones para telecomunicaciones y centros de datos. Envíenos su auditoría de cargas y le devolveremos un diagrama unifilar dimensionado y una configuración de baterías en el plazo de un día hábil. Calcule correctamente los amperios-hora desde el principio y la batería dejará de ser una apuesta para convertirse en infraestructura.