Una batería residencial debe dimensionarse según dos requisitos: suficiente potencia en kilovatios para alimentar la carga crítica simultánea máxima y suficiente energía utilizable en kilovatios hora para mantener esas cargas durante el tiempo previsto.
Una batería residencial suele anunciarse con una cifra destacada: 10 kWh, 13.5 kWh, 16 kWh. Esa cifra importa, pero no indica si el sistema funcionará bien durante un corte eléctrico. Un diseño de respaldo útil debe responder a dos preguntas diferentes. ¿Pueden la batería y el inversor suministrar la potencia máxima que la vivienda puede necesitar en un momento dado? ¿Hay suficiente energía almacenada para mantener las cargas elegidas en funcionamiento durante las horas necesarias? En términos sencillos, los kW indican si el sistema puede alimentar la carga, mientras que los kWh indican durante cuánto tiempo puede hacerlo.
El punto de partida más sencillo no es el catálogo de baterías, sino el objetivo del respaldo. Decida qué debe seguir funcionando cuando se interrumpa el suministro de la red y durante cuánto tiempo quiere disponer de esas cargas. Un hogar que solo necesita refrigeración, iluminación, internet y algunos enchufes tiene unos requisitos muy distintos de otro que espera mantener en funcionamiento el aire acondicionado, los equipos de cocina o la mayor parte de la vivienda con normalidad. La guía de NREL sobre almacenamiento en baterías para la resiliencia identifica la carga crítica y la duración prevista del corte como aspectos fundamentales al seleccionar y dimensionar tecnologías de respaldo. (NREL)
La potencia y la energía responden a preguntas diferentes
Supongamos que un grupo de cargas esenciales tiene una demanda media de 0.8 kW durante un corte nocturno de diez horas. A lo largo de esas diez horas, las cargas necesitan unos 8 kWh de energía. Pero imagine que el compresor del frigorífico, la iluminación y otro aparato coinciden brevemente y elevan la demanda a 2.6 kW. El sistema de baterías debe poder suministrar esos 2.6 kW en ese momento, aunque la demanda media sea mucho menor.
Por eso, el consumo medio del hogar no basta para dimensionar el sistema. El consumo eléctrico mensual puede ayudar a describir cuánta energía consume la vivienda en conjunto, pero no muestra qué cargas funcionarán a la vez durante un corte. Una estimación útil del respaldo se centra en los circuitos que seguirán alimentados y determina cuánta potencia pueden necesitar simultáneamente y cuánta energía consumirán durante el periodo deseado.
Distintas cargas pueden afectar de forma diferente a esos dos requisitos. Un aparato de gran potencia que se utiliza solo unos minutos puede influir mucho en los kW necesarios y, al mismo tiempo, aportar relativamente poco a los kWh totales. Una carga menor que funciona durante muchas horas puede modificar muy poco el pico, pero consumir una parte importante de la energía almacenada. Por tanto, excluir una carga de gran potencia que no sea esencial puede facilitar mucho el diseño del sistema de respaldo, aunque el consumo eléctrico diario total apenas cambie.
El DOE establece la misma distinción básica al describir el almacenamiento en baterías: la capacidad de potencia es la potencia que un sistema puede suministrar en un momento dado, mientras que la capacidad energética es la energía que puede almacenar. (DOE) Una batería con muchos kWh, pero con una potencia de salida insuficiente, puede tener dificultades para alimentar una carga simultánea elevada; un sistema de gran potencia con poca energía puede alimentar la carga sin dificultad, pero agotarse antes de lo esperado.
Las necesidades de las cargas no equivalen a la cifra indicada en la batería
Si las cargas seleccionadas necesitan 8 kWh durante el corte previsto, eso no significa automáticamente que una batería de 8 kWh sea suficiente. Las especificaciones de la batería pueden distinguir entre energía nominal y utilizable. (NREL) También se pierde parte de la energía al convertir la energía DC almacenada en alimentación AC para las cargas domésticas; el almacenamiento no tiene una eficiencia del 100% porque se pierde energía durante la conversión y su recuperación. (DOE) La cantidad disponible al inicio de un corte también depende del estado de carga de la batería.
Un ejemplo sencillo muestra por qué importa la cifra declarada. Si el 90% de la energía nominal de una batería está disponible para respaldo y el trayecto de descarga correspondiente tiene una eficiencia del 92%, suministrar 8 kWh a las cargas requeriría aproximadamente 9.7 kWh de energía nominal almacenada: 8 ÷ (0.90 × 0.92). Estos porcentajes son solo ilustrativos, no una regla universal. Un producto real puede publicar ya una cifra de energía utilizable, y su definición de eficiencia puede emplear unos límites de medición distintos. Lo importante es evitar contabilizar dos veces la misma pérdida o comparar directamente una necesidad en el lado de las cargas con una cifra de batería que representa otra cosa.
El estado de carga inicial importa por la misma razón. Una batería casi llena cuando comienza un corte dispone de más energía de respaldo que esa misma batería si parte del 50%. Los análisis de resiliencia de NREL han mostrado que el nivel de carga de una batería al comenzar un corte puede afectar considerablemente al tiempo durante el que un sistema puede seguir alimentando sus cargas protegidas. (NREL) Si la resiliencia es un objetivo importante, la estrategia operativa debe reservar suficiente energía para el escenario de corte que realmente preocupa al propietario.
En un sistema con capacidad de respaldo diseñado para mantener la generación PV durante un corte, la energía solar puede prolongar el respaldo, pero no garantiza una cantidad diaria de energía. La instalación solar residencial necesita un inversor y un sistema de almacenamiento correctamente configurados para producir electricidad de forma independiente de la red. (DOE) La producción solar también cambia según la hora del día, el tiempo y la estación. Durante un corte diurno con sol, la generación PV puede alimentar parte de las cargas domésticas y recargar la batería. Durante la noche o un periodo nublado, puede aportar muy poco. La producción solar varía con estas condiciones, mientras que el almacenamiento permite trasladar la energía solar a periodos en los que la generación es baja o no está disponible. (DOE)
Por tanto, el tamaño adecuado de una batería residencial resulta de un objetivo de respaldo concreto. Decida qué cargas importan, estime la potencia máxima que pueden necesitar simultáneamente y calcule la energía que consumirán durante el tiempo de respaldo deseado. Después, tenga en cuenta la energía utilizable de la batería, el estado de carga inicial, las pérdidas de conversión y cualquier aportación solar realista. Por último, deje un margen razonable para la incertidumbre sobre la carga real y la duración del corte, en lugar de dimensionar exactamente según la estimación.
La respuesta final debería expresarse como un par de requisitos, no como una única cifra de capacidad destacada: suficientes kW para alimentar el pico de las cargas críticas y suficientes kWh utilizables para mantenerlas en funcionamiento durante el periodo previsto. Una vez claros esos dos valores, comparar baterías residenciales resulta mucho más sencillo y mucho más útil que elegir simplemente el producto con la cifra de kWh más alta.
