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En este artículo vamos a explicar la base de diseño de una batería solar teniendo en cuenta la capacidad y el régimen de descarga de la batería para un consumo determinado.
1.-Introducción
En las instalaciones solares, las baterías más utilizados son las baterías estacionarias de plomo-ácido abiertas por su máxima relación calidad-precio. Por lo tanto, quedan fuera de este artículo las baterías de litio u otras nuevas tecnologías que de momento se espera mucho de ellas pero que son demasiado caras e inciertas para superar el rendimiento de las mencionadas baterías de plomo-ácido abiertas.
Primeramente debemos conocer que las baterías de plomo-ácido abiertas, como las OPzS, TOPzS, etc, son diseñadas, fabricadas y testeadas para valores de descarga en C10. La normativa aplicable para estas baterías es la DIN 40737 (Baterías estacionarias ventiladas con placas tubulares positivas en contenedor de plástico) IEC 60896-11:2002 (Requerimientos generales y métodos de testeo. Sustituye a la antigua IEC 896-1:1995).
Con la utilización de éstas baterías en instalaciones solares, fue necesario parametrizar las capacidades que podía ofrecer una batería con regímenes de descarga muy inferiores, C24, C50, C100 o incluso C120. Si no conoces que significan estos términos puedes leer este artículo: Significado de la capacidad de batería en C100, C10 o C5
Hoy en día, los primeros fabricantes mundiales de baterías expresan las capacidades de sus baterías para aplicaciones solares en valores de C10 y C100 como mínimo, pudiendo dar valores de C10, C24, C50, C100 y C120.
Por lo tanto, cuando se habla de la capacidad de una batería, es imprescindible especificar el régimen de descarga C10, C20, C100, etc. Ya que la capacidad de una batería depende fuertemente del régimen de descarga (10 horas, 20 horas, 100 horas, 120 horas, etc).
2.-Cálculo simplificado de la capacidad de batería
El cálculo rápido para calcular una batería en base al consumo diario estimado es:
Consumo diario (Wh) x 6 = capacidad de la batería.
- Multiplicamos el consumo x2: para utilizar solamente el 50% de la capacidad de la batería. De esta forma 1 día de consumo supone solamente un 50% de la capacidad de la batería. Esto lo hacemos porque no queremos descargar la batería más del 50% para alargar al máximo la vida de la misma.
- Multiplicamos x3: para obtener 3 días de autonomía. Por lo tanto, en 3 días seguidos de lluvia, utilizaríamos el 50% de la capacidad de la batería. Cada día consumiríamos solamente un 17 – 20% de la capacidad.
- Multiplicar el consumo x2 y x3, es lo mismo que multiplicar el consumo x6.
Vamos a utilizar como ejemplo, un consumo diario de 3.640Wh:
6 x Bombillas LED de 5W durante 3h/día
7 x Bombillas LED de 7W durante 3h/día
1 x TV de 42′ durante 4h/día
2 x Lavadoras a la semana – Lavados en frío
1 x Frigorífico clase A++ las 24h
1 x Microondas de 700W durante 6min/día
1 x PC portátil 4h/día
1 x Bomba 1/2 CV durante 1h/día
1 x Horno durante 1h, 3 días a la semana
La suma de los consumos equivale a unos 3.640Wh/día.
El cálculo rápido sería:
- Consumo: 3.640Wh x6 = 21.840Wh. Necesitamos una batería con 21.840Wh; o 21,8Kwh
- Con una Batería de 24V sería una capacidad de 21.840Wh / 24V = 910Ah
Elegiríamos la: Batería estacionaria HOPPECKE 24V Power VL 2-690 de 910Ah en C100
Los datos de capacidad que nos proporciona el fabricante para esta batería son:
| C100 (Ah) | C50 (Ah) | C24 (Ah) | C10 (Ah) | C5 (Ah) | |
| Hoppecke Power VL 2-690 | 910 | 860 | 797 | 686 | 590 |
Con los datos de la capacidad de la batería y los regímenes de descarga, podemos calcular que consumo (en corriente y en potencia) supondrían una descarga completa de la batería en las horas proporcionadas:
- Para descargar la batería en 100 horas, la corriente sería 910Ah / 100h = 9,1A; y en potencia sería 9,1A x 24V = 218,4W
- Para descargar la batería en 50 horas, la corriente sería 860Ah / 50h = 17,2A; y en potencia sería 17,2A x 24V = 412,8W
- Para descargar la batería en 24 horas, la corriente sería 797Ah / 24h =33,2A; y en potencia sería 33,2A x 24V = 797,0W
- Para descargar la batería en 10 horas, la corriente sería 686Ah / 10h =68,6A; y en potencia sería 68,6A x 24V = 1.646,4W
- Para descargar la batería en 5 horas, la corriente sería 590Ah / 5h =118,0A; y en potencia sería 118,0A x 24V = 2.832,0W
Veamos ahora que corriente y que régimen de descarga suponen los consumos diarios estimados:
- 6 x bombillas de 5W son 30W, y en corriente sería 30W / 24V = 1,25A.- Supondría una descarga aproximada a C600¿?
- 7 x bombillas de 7W son 49W, y en corriente sería 49W / 24V = 2,0A.- Supondría una descarga aproximada a C400¿?
- 1 x Tv de 42′ son 150W, y en corriente sería 150W / 24V = 6,25A.- Supondría una descarga aproximada a C160¿?
- 1 x lavadora en frío son 500W, y en corriente sería 500W / 24V = 20,8A.- Supondría una descarga aproximada a C40
- 1 x frigorífico clase A++ son 45W, y en corriente sería 45W / 24V = 1,9A.- Supondría una descarga aproximada a C400¿?
- 1 x Microondas son 700W, y en corriente sería 700W / 24V = 29,1A.- Supondría una descarga aproximada a C30
- 1 x Pc portátil son 60W, y en corriente sería 60W / 24V = 2,5A.- Supondría una descarga aproximada a C300¿?
- 1 x Bomba 1/2 CV son 350W, y en corriente sería 350W / 24V = 14,6A.- Supondría una descarga aproximada a C60
- 1 x Horno son 1500W, y en corriente sería 1500W / 24V = 62,5A.- Supondría una descarga aproximada a C15
Consumos pequeños:
La mayoría de consumos son tan pequeños que pueden suponer regímenes de descarga de C400, C600 o incluso inferiores. Y estos consumos tan pequeños son la mayor parte del tiempo.
Las luces son consumos tan pequeños que son prácticamente despreciables y suponen un régimen de descarga tan bajo, que no podemos ni llegar a saber si supone una descarga en C600 (600 horas) o incluso inferior.
El frigorífico con una potencia de unos 45W, lo que supone una corriente de 1,9A y un régimen de descarga aproximado de C400 sería prácticamente el único consumo durante todas las horas de la noche.
Consumos exigentes:
Únicamente consumos como el microondas, bomba y horno suponen un un régimen de descarga exigente.
Microondas con 700W supone un régimen de C30 (descarga en 30 horas), y tenemos que tener en cuenta que el uso del microondas es de unos pocos minutos.
Bomba de agua de 1/2 CV son 350W que supone un régimen de descarga aproximado a C60. Su funcionamiento es de unos pocos segundos intermitente durante el día. Por la noche no suele utilizarse el agua de la vivienda.
El horno sería el consumo más exigente con un régimen de descarga aproximado de C15. El uso de este electrodoméstico suele ser de 2 o 3 veces a la semana con usos de 3 minutos o 1 hora.
Usos simultáneos:
Para estimar el régimen de descarga de la batería es necesario tener en cuenta que es bastante habitual utilizar varios electrodomésticos al mismo tiempo. Pero la utilización de los electrodomésticos es muy particular y sería muy complicado realizar un cálculo aproximado. Pero con los resultados anteriores con tasas de corriente tan bajas, solamente sería necesario tener en cuenta que cuando el horno esté en funcionamiento, es probable que el régimen de descarga sea superior a C15, pudiendo ser algo más cercano a C10.
Consumo cero:
Durante varias horas al día, por ejemplo por la noche cuando la nevera no está en funcionamiento o cuando no estamos en casa, el consumo en la vivienda es cero o prácticamente cero.
Conclusiones:
Con todos los datos analizados, es fácil comprobar que una batería solar bien diseñada tendrá un régimen de descarga medio más cercano al C100 que al C10.
Como hemos visto, la mayor parte del día los electrodomésticos suponen regímenes de descarga para la batería muy bajos, C600, C400 o incluso consumo cero. Solamente en momentos puntuales de uso de electrodomésticos potentes o en momentos donde se solape el uso de varios electrodomésticos, supondrán regímenes de descarga de la batería del orden del C10.
Por lo tanto, tenemos una batería diseñada para 3 días de autonomía sin sobrepasar la profundidad de descarga del 50%. Cada día consumiremos solamente un 17-20% de la capacidad de la batería. Y además podemos decir que el régimen medio de descarga de la batería será aproximado a un C100.
Tenemos pues, una batería diseñada para durar el máximo posible especificado por el fabricante. Las descargas diarias del orden del 20% le confieren a la batería 8.000 ciclos de vida y por lo tanto una esperanza de vida de unos 20 años.
Ciclos de vida de una batería Hoppecke OPzS:
- 8000 ciclos con profundidades de descarga del 20%. unos 21,9 años de vida.
- 3000 ciclos con profundidades de descarga del 50%; unos 8,2 años de vida útil.
- 1500 ciclos con profundidades de descarga del 80%. unos 4,1 años de vida útil.
Los cálculos realizados son para diseñar la batería de manera óptima. Y el resultado es la capacidad mínima necesaria. Evidentemente cuanto mayor sea la batería será mejor porque dispondremos de más autonomía y aumentaremos la posibilidad de que dure el máximo posible.
3.-¿Qué pasa cuando la batería no está bien diseñada?
Imaginemos que en el ejemplo anterior con un consumo diario de 3.640Wh/día, utilizamos una batería con solamente 1 día de autonomía.
- Multiplicamos x2: para utilizar solamente el 50% de la capacidad de la batería: 3.640Wh x2 = 7.280Wh
- Multiplicamos x1: para obtener 1 día de autonomía; 7.280Wh x1 = 7.280Wh
- Y seleccionamos una batería de 24V como en el caso anterior; 7.280Wh / 24V = 303Ah
Elegimos la batería más cercana a esa capacidad: Baterías estacionarias HOPPECKE 24V Power VL 2-270 de 350Ah en C100
Los datos de capacidad que nos proporciona el fabricante son:
| C100 (Ah) | C50 (Ah) | C24 (Ah) | C10 (Ah) | C5 (Ah) | |
| Hoppecke Power VL 2-270 | 350 | 330 | 307 | 266 | 227 |
Calculamos de nuevo el consumo que supondrían una descarga completa de la batería en las horas proporcionadas:
- Para descargar la batería en 100 horas, la corriente sería 350Ah / 100h = 3,5A; y en potencia sería 3,5A x 24V = 4,1W
- Para descargar la batería en 50 horas, la corriente sería 330Ah / 50h = 6,6A; y en potencia sería 6,6A x 24V = 158,4W
- Para descargar la batería en 24 horas, la corriente sería 307h / 24h =12,8A; y en potencia sería 12,8A x 24V = 307,2W
- Para descargar la batería en 10 horas, la corriente sería 266Ah / 10h =26,6A; y en potencia sería 26,6A x 24V = 638,4W
- Para descargar la batería en 5 horas, la corriente sería 227Ah / 5h =45,4A; y en potencia sería 45,4A x 24V = 1.089,6W
Veamos ahora que corriente y que régimen de descarga suponen los consumos diarios estimados de nuestro ejemplo:
- 6 x bombillas de 5W son 30W, y en corriente sería 30W / 24V = 1,25A.- Supondría una descarga aproximada a C200¿?
- 7 x bombillas de 7W son 49W, y en corriente sería 49W / 24V = 2,0A.- Supondría una descarga aproximada a C140
- 1 x Tv de 42′ son 150W, y en corriente sería 150W / 24V = 6,25A.- Supondría una descarga aproximada a C50
- 1 x lavadora en frío son 500W, y en corriente sería 500W / 24V = 20,8A.- Supondría una descarga aproximada a C15
- 1 x frigorífico clase A++ son 45W, y en corriente sería 45W / 24V = 1,9A.- Supondría una descarga aproximada a C140
- 1 x Microondas son 700W, y en corriente sería 700W / 24V = 29,1A.- Supondría una descarga aproximada a C8
- 1 x Pc portátil son 60W, y en corriente sería 60W / 24V = 2,5A.- Supondría una descarga aproximada a C120
- 1 x Bomba 1/2 CV son 350W, y en corriente sería 350W / 24V = 14,6A.- Supondría una descarga aproximada a C20
- 1 x Horno son 1500W, y en corriente sería 1500W / 24V = 62,5A.- Supondría una descarga aproximada a C3
En esta batería diseñada para tener 1 día de autonomía, la mayoría de consumos suponen un régimen de descarga elevado, C3, C8, C15, C50 y solamente los consumos muy pequeños suponen valores de C120, C140, etc. Por lo tanto, diríamos que el régimen de descarga medio es más cercano al C10 que al C100. Y por consiguiente no podríamos considerar que la capacidad de la batería es de 350Ah en C100. Deberíamos considerar que esta batería tiene una capacidad de 266Ah en C10.
Además, si realizáramos un consumo diario de 3.640Wh, estaríamos descargando el 60% de la batería diariamente no el 17% del ejemplo anterior y esto supone reducir la vida de la batería de 8.000 ciclos a tan solo unos 2.000 ciclos de vida. Y según el fabricante significa bajar la esperanza de vida de la batería de 20 años a unos 5,5 años.
Ciclos de vida de una batería Hoppecke OPzS:
- 8000 ciclos con profundidades de descarga del 20%. unos 21,9 años de vida.
- 3000 ciclos con profundidades de descarga del 50%; unos 8,2 años de vida útil.
- 1500 ciclos con profundidades de descarga del 80%. unos 4,1 años de vida útil.
Conclusiones:
En el primer ejemplo tenemos una batería de 24V y 910Ah con un precio aproximado de 2.900€ y con una esperanza de vida de 20 años.
En el segundo ejemplo tenemos una batería de 24V y 350Ah con un precio aproximado de unos 1.800€ y con una esperanza de vida de 5,5 años. Es decir, una batería un 38% más barata pero una vida 75% más corta.
Además en la realidad, debido a que es habitual realizar consumos superiores a los de diseño, por simultaneidad de electrodomésticos, y por temperaturas de batería más elevada de la óptima, las profundidades de descarga realizadas a una batería bien diseñada son más cercanas al 30% que al 20%. Por lo tanto, son más reales esperanzas de vida de batería de 15 años que no de 20 años. En el supuesto de una batería mal diseñada podría bajar la vida útil de la batería de 5,5 años a tan solo 3 o 4 años.
4.-Diseño de batería utilizando los valores C10
Si se utilizan los cálculos anteriores partiendo del consumo 3.640Wh/día x6 = 21,840Wh
Con una batería de 24V, como hemos visto supone 21,840Wh / 24V = 910Ah
Si se selecciona una batería con 910Ah en C10 seleccionaríamos la: Batería estacionaria HOPPECKE 24V Power VL 2-920 de 1220Ah en C100
Los datos de capacidad que nos proporciona el fabricante son:
| C100 (Ah) | C50 (Ah) | C24 (Ah) | C10 (Ah) | C5 (Ah) | |
| Hoppecke Power VL 2-270 | 1220 | 1145 | 1063 | 915 | 790 |
- Lo que sería una batería de 24V y 915Ah en C10 que son 24V x 915Ah = 21,960Wh en C10
- O en valores de C100 sería: 24V y 1220Ah en C100 que son 24V x 1220Ah = 29,280Wh en C100
*Nota: Si hubiésemos seleccionado los valores en C100 hubiéramos elegido la misma batería del ejemplo anterior, la batería:
| C100 (Ah) | C50 (Ah) | C24 (Ah) | C10 (Ah) | C5 (Ah) | |
| Hoppecke Power VL 2-690 | 910 | 860 | 797 | 686 | 590 |
- Batería de 24V y 686Ah en C10 que son 24V x 686Ah = 16,464Wh en C10
- O en valores de C100 sería: 24V y 910Ah en C100 que son 24V x 910Ah = 21,840Wh en C100
Elegir la batería con valores C10 en vez de C100, supondría elegir una batería un 33% de mayor capacidad. Esto sería perfecto, cuanto mayor sea la batería mejor para el sistema. Aunque evidentemente es más cara, las profundidades de descarga serán menores y también serán menores los regímenes de descarga.
El problema es que normalmente quien utiliza el argumento de cálculo con valores de C10, suele utilizarlo para confundir y finalmente utiliza una batería de menor capacidad.
Para comprobar que es verdad que se ha seleccionado una batería con capacidad expresada en C10:
Siguiendo el razonamiento de cálculo simplificado, para tener un mínimo de 3 días de autonomía sin sobrepasar el 50% de profundidad de descarga y con valores C10, se debería multiplicar el consumo diario x8 en vez de x6.
- 3.640Wh x6 = 21,840Wh o lo que es lo mismo una batería de 21,8Kwh en C100 (seleccionada en el ejemplo 1)
- 3.640Wh x8 = 29,120Wh o lo que es lo mismo una batería de 29,1Kwh en C100 (33% más capacidad)
Si fuera cierto, un consumo de 3.640Wh/día debería tener una batería de 29,1Kwh en C100, lo que supone un 33% más que una batería de 21,8Kwh en C100.
5.-Como saber si la batería está bien diseñada
La prueba irrefutable para saber si la batería está bien diseñada es multiplicar el consumo que supuestamente cubre el kit solar x6 para un caso normal o x8 para aquellos que dicen que seleccionan las baterías según los valores en C10 y el resultado dividirlo por la tensión de batería. De esta forma obtendremos la capacidad (Ah) en C100 que debería tener la batería. Si la batería es inferior al resultado calculado, o no se está seleccionando la capacidad en C10 o no está diseñada para 3 días de autonomía.
6.-Comparar baterías solares
Puedes leer este artículo para saber como comparar 2 baterías solares
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Hola, quería enviarle un artículo claro explicando este tema a un conocido y llegué por acá. Mucho mejor que redactarlo yo. Gracias.
Sin embargo, hay un tema que falta complementar en este artículo a mi juicio, porque queda la sensación de que «mientras mas grande el banco mejo». Pero esto tiene que ir de la mano con el campo fotovoltaico, de otro modo, por más que diseñemos para descargas diarias de 20%, si el campo fotovoltaico no es capaz de cargar con celeridad, en condiciones climáticas desfavorables va a resultar que nos quedemos ciclando en bajo SoC (50%-70%), lo que también reduce los ciclos de vida de las baterías bastante.
De no poder aumentar el campo fotovoltaico, y si se tiene un generador de respaldo, se podría instruir al usuario para hacer unas recargas con generador de tanto en tanto en invierno, o si fuera posible, consumir el mínimo cuando se sobrepasen los 3 días de mal clima.
Hola Elena,
el artículo es sobre el dimensionamiento de la batería (para baterías de plomo-ácido)
Para el cálculo de paneles u otras partes del sistema puedes leer nuestra wiki
saludos
Bueno, al ser una vivienda aislada y sin contador no puedo consultar dichos datos y en mi caso supongo que para saber el consumo real debería de desconectar las placas pues también el contador de potencia que instale me marcará también, en horas de sol ,los consumos que no pasan por la batería , verdad ??
OWL y Efergy tenían un equipo para discriminar la producción solar del consumo de la vivienda. Pero OWL pasó a ser de pago con una licencia anual y Efergy ya no se si se sigue comercializando.
Hay equipos como el solarlog que son compatibles con muchos inversores, aunque son equipos más caros. https://www.monsolar.com/catalogsearch/result?q=solar-log
saludos
Me ha gustado el artículo, ya tengo las cosas más claras, es complicado calcular el consumo diario de una instalación , puntos de luz, más cargadores de móvil, ordenador, consumos de stanby,hasta de la nevera más utilizada de lo normal lo que provoca más arranques del compresor, hay algún método fácil y barato de medir el consumo total diario, algún medidor-contador utilizado en instalaciones solares ??? Gracias.
Gracias por tus comentarios Pedro,
Sí que hay equipos económicos para medir el consumo de la vivienda. Nosotros los comercializábamos en el pasado, por ejemplo: Efergy, Mirubee, OWL, etc…
Seguramente se pueden encontrar todavía por internet o en grandes almacenes.
Algunos de estos equipos eran capaces incluso de medir por separado el consumo de varios electrodoméstico.
Pero actualmente gracias a los contadores inteligentes que tenemos instalados (queda fuera nuestra opinión de si son buenos o no, por temas de normativa, emisión de radiación electromagnética, salubridad, etc) podemos entrar en nuestra cuenta de cliente de la comercializadora (Iberdrola, Unión Fenosa, etc) y acceder a nuestros datos de consumo.
Por lo tanto, el mercado ha dejado de demandar estos equipos que en mi opinión eran geniales.
saludos
Hola Pedro,
Creo que esto te puede valer:
https://m.ebay.es/itm/Contador-Electrico-Digital-Medidor-de-Consumo-Voltaje-Amperimetro-100A-80-260V-/282385562328?ul_ref=http%3A%2F%2Frover.ebay.com%2Frover%2F1%2F1185-53479-19255-0%2F1%3Futm_source%3Dtwenga%26utm_param%3DeyJlcyI6MCwicyI6NTMzODU0NywiY2kiOiIwNTgyODNiMGRiMWE1ZTU2MWUyMDQzODBmZDU4NDIyNSIsImkiOiI1MTE5MDk1OTUyNzg5NzMyODM2IiwidHMiOjE1NDM4NTcwNjIsInYiOjMsInNvIjoxNTAwLCJjIjoyMDU5OH0%3D%26utm_campaign%3Dtwenga%26utm_medium%3Dcpc%26ff3%3D4%26pub%3D5574631662%26toolid%3D10001%26campid%3D5338243305%26customid%3D058283b0db1a5e561e204380fd584225%26mpre%3Dhttp%253A%252F%252Fwww.ebay.es%252Fitm%252FContador-Electrico-Digital-Medidor-de-Consumo-Voltaje-Amperimetro-100A-80-260V-%252F282385562328%26srcrot%3D1185-53479-19255-0%26rvr_id%3D1767374259870%26rvr_ts%3D750d4a711670ad4d8ad368b5ffd14ec1&_mwBanner=1&_rdt=1&ul_noapp=true
Lo puedes encontrar también a través de Amazon, incluso a precio inferior. Yo lo utilicé para realizar los cálculos de mis necesidades. En mi situación, todavía no había solicitado a compañía el alta y no disponía de red eléctrica en la casa de campo; por eso no podía comprobar el consumo con el contador. Un vecino me prestó un alargo.
Con él pude comprobar mi consumo habitual diario. Pero fui más lejos, pues lo dejé puesto una semana entera para ser más objetivo a la hora de medir consumos (lavadoras qué haces a la semana, uso del microondas, ese día que te quedas unas horas más viendo la tele, días nublados en los que tienes más tiempo las luces encendidas…).
Tal y como comentas, realmente el cálculo de consumos es la parte más complicada a la hora de elegir los componentes necesarios, sobre todo las baterías, que son el elemento más caro. Y ten en cuenta que no se consume lo mismo en invierno que en verano… Además, te has de fiar de los consumos que te indican los fabricantes en las placas de características de sus dispositivos (la etiqueta de eficiencia energética dista mucho del consumo real…).
Espero haberte ayudado. Un saludo.