Cálculo de Baterías Solares: Capacidad (Ah), Autonomía y Profundidad de Descarga

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El cálculo de baterías solares es el punto crítico de la rentabilidad en instalaciones aisladas. Un dimensionado incorrecto tiene 2 consecuencias fatales: quedarnos a oscuras en el primer día nublado (falta de autonomía) o destruir las baterías en menos de 2 años por descargarlas excesivamente (profundidad de descarga Pd o DoD incorrecta).

En esta guía aprenderemos a aplicar la fórmula de capacidad (Ah) considerando la tecnología (Plomo vs Litio) y a configurar nuestros acumuladores en serie para alcanzar el voltaje de diseño (12V, 24V o 48V).

El cálculo de baterías en una instalación fotovoltaica implica determinar la capacidad total de almacenamiento C_instalación necesaria para satisfacer la demanda energética durante un período determinado.

En el cálculo de las instalaciones fotovoltaicas aisladas de la red, el cálculo de baterías para paneles solares debe realizarse con precisión para asegurar que el sistema sea capaz de satisfacer la demanda energética durante los períodos de baja o nula irradiación solar.

Contenidos

Definir los Días de Autonomía y el DoD
Fórmula de la Capacidad del Banco de Baterías
Configuración del Banco: Número de Baterías en Serie
Configuración del Banco: Número de Baterías en Paralelo
Ejercicio Resuelto de Cálculo de Baterías Solares

Definir los Días de Autonomía y el DoD

Antes de lanzarnos a comprar baterías basándonos solo en su capacidad total (Ah), es fundamental definir la estrategia de uso de nuestro sistema.

No toda la energía almacenada es "energía útil", y no todos los días brilla el sol con la misma intensidad. Decidir los Días de Autonomía y la Profundidad de Descarga Pd (DoD) es lo que garantiza que no nos quedemos a oscuras cuando el tiempo empeore.

¿Cuántos Días Sin Sol Queremos Aguantar? (D_aut)

Los días de autonomía representan el "seguro de vida" de nuestra instalación. Es el número de días que el banco de baterías puede alimentar todos nuestros consumos sin recibir ni un solo vatio de los paneles (días de lluvia intensa o nublados densos).

Instalaciones aisladas (Off-Grid): el estándar recomendado es de 3 días. Al no tener red eléctrica de apoyo, necesitas un margen amplio para superar borrascas largas sin tener que encender constantemente un generador de gasolina.
Instalaciones híbridas (conectadas): el estándar suele ser de 1 día (o incluso menos). Como tienes la red eléctrica para emergencias, la batería se usa principalmente para maximizar el ahorro nocturno, no para sobrevivir a una semana de tormentas.

🔍 Regla de cálculo: a mayor número de días de autonomía, mayor debe ser el banco de baterías, lo que incrementa el coste inicial pero asegura la continuidad del suministro.

Profundidad de Descarga Máxima (DoD): Plomo vs. Litio

La Profundidad de Descarga Pd o DoD (Depth of Discharge) es el porcentaje de la energía total de la batería que realmente vamos a extraer. Es un factor muy importante porque descargar una batería por completo reduce drásticamente su vida útil (el número de ciclos).

Dependiendo de la tecnología que elijamos, los límites son muy diferentes:

● Baterías de plomo-ácido (AGM, Gel, OPzS): DoD recomendado: 50%. Si tenemos una batería de plomo de 200 Ah, solo deberíamos usar 100 Ah. Si la descargamos habitualmente al 80% o 90%, la batería morirá en pocos meses en lugar de durar años. Son más baratas, pero "engañan" porque solo podemos aprovechar la mitad de su tamaño.

● Baterías de litio (LiFePO4): DoD recomendado: 80% - 90%. El litio es mucho más robusto. Permite descargar casi la totalidad de su energía sin sufrir daños estructurales. Una batería de litio de 100 Ah rinde casi lo mismo que una de plomo de 200 Ah, ocupando mucho menos espacio y pesando una fracción.

Fórmula de la Capacidad del Banco de Baterías

La capacidad del banco de baterías es la cantidad total de energía que las baterías pueden almacenar y suministrar a la instalación.

Esta capacidad debe ser suficiente para cubrir la demanda energética durante un período determinado de días de autonomía D_aut, es decir, los días en los que se espera que la instalación funcione sin recibir energía de los paneles solares.

La capacidad del banco de baterías de la instalación deberá cumplir la siguiente fórmula:

Fórmula de la capacidad del banco de baterías de una instalación fotovoltaica

donde:

C_instalación = capacidad del banco de baterías.

E_máx = energía máxima diaria, en Ah, teniendo en cuenta las pérdidas de la instalación K_T

D_aut = días de autonomía estimados en el cálculo

P_d = profundidad de descarga de la batería, en tanto por uno (DoD)

Nuestra herramienta para dimensionamiento de bancos de baterías automatiza los cálculos, entregando resultados al instante sin necesidad de fórmulas ni complicaciones.

Configuración del Banco: Número de Baterías en Serie

La conexión de baterías en serie se realiza para aumentar el voltaje del sistema, conectando el polo positivo de una al negativo de la siguiente.

Con esta conexión, el voltaje total es la suma de los voltajes de cada batería, pero la capacidad en Amperios-hora (Ah) no cambia. Por ejemplo, conectar 2 baterías de 12 V y 100 Ah en serie da un banco de 24 V y 100 Ah.

Por ello, el número de baterías a conectar en serie se calcula en función de la tensión de operación de la instalación V_instalación y la tensión nominal de cada batería V_batería.

Como ya se vio en la conexión de baterías en serie, la fórmula es:

Fórmula del número de baterías a conectar en serie

donde:

V_instalación = tensión de CC necesaria para alimentar la instalación proyectada

V_batería = tensión nominal de una batería

Mientras que la conexión en paralelo suele dar problemas de desequilibrio, la serie es el método más fiable para elevar la tensión (voltaje) y optimizar el rendimiento de toda la instalación.

¿Por Qué 24V o 48V? Eficiencia y Ahorro en Cables

Trabajar a voltajes más altos no es un capricho técnico, es una cuestión de eficiencia física básica. Al aumentar el voltaje del sistema, la intensidad de corriente (amperios) necesaria para mover la misma potencia disminuye drásticamente.

– Menos calor, más energía: según la ley de Joule, las pérdidas en forma de calor dependen del cuadrado de la intensidad (P = R · I²). Si duplicamos el voltaje, reducimos la corriente a la mitad y las pérdidas por calor se reducen a la cuarta parte.

– Cables más finos y baratos: al circular menos amperios, podemos utilizar secciones de cable mucho más delgadas y manejables, reduciendo significativamente el coste de la instalación.

– Mejor para el inversor: los inversores de 24 V y 48 V suelen ser más eficientes y robustos que los de 12 V, permitiendo gestionar potencias más altas (necesarias para microondas, motores o aires acondicionados).

La Regla de Oro: La cadena es Tan Fuerte como su Eslabón Más Débil

En una conexión en serie, la corriente eléctrica está obligada a pasar por todas las baterías una tras otra. Esto garantiza que todas reciban la misma carga y entreguen la misma descarga, siempre y cuando sean idénticas.

– Baterías gemelas: es obligatorio que todas las baterías del "string" sean de la misma marca, el mismo modelo, la misma capacidad y, muy importante, la misma edad.

– El peligro de mezclar: si pones una batería vieja con una nueva en serie, la vieja tendrá más resistencia interna. Esto provocará que se caliente más y que el cargador nunca pueda balancear el sistema correctamente, acabando por estropear la batería nueva en poco tiempo.

Configuración del Banco: Número de Baterías en Paralelo

La conexión de baterías en paralelo se hace para aumentar la capacidad (Amperios-hora) y la autonomía, conectando todos los polos positivos entre sí y todos los negativos entre sí.

Como resultado, la capacidad total es la suma de las capacidades, pero el voltaje se mantiene igual. Por ejemplo, conectar 2 baterías de 12 V y 100 Ah en paralelo da un banco de 12 V y 200 Ah.

Por ello, el número de baterías que se deben conectar en paralelo se determina en función de la capacidad total requerida para el banco de baterías C_instalación y la capacidad de una batería individual C_batería.

Como ya se vio en la conexión de baterías en paralelo, la fórmula es:

Fórmula del número de baterías a conectar en paralelo

(Se redondea al alza a número entero)

donde:

C_instalación = capacidad necesaria para alimentar la instalación proyectada

C_batería = capacidad nominal de una batería (generalmente C₁₀₀)

En el ámbito profesional, conectar varias baterías en paralelo se considera poco eficiente y potencialmente peligrosa para la vida útil del sistema.

El Problema de las Corrientes Parásitas y el Desequilibrio

Cuando conectamos baterías en paralelo, es prácticamente imposible que todas tengan exactamente la misma resistencia interna, incluso si son del mismo modelo y lote. Esta pequeña diferencia genera graves problemas técnicos:

– Corrientes de circulación: si una batería tiene un voltaje ligeramente superior a la otra (aunque sea por milésimas), empezará a cargar a su "compañera". Esto genera un flujo de energía constante entre ellas que no sale hacia nuestro consumo, sino que se pierde en forma de calor, degradando las celdas prematuramente.

– Reparto desigual de carga/descarga: la batería con menor resistencia trabajará mucho más que la otra. Mientras una se agota y se calienta, la otra permanece infrautilizada. Al final, la batería más "esforzada" morirá pronto, y poco después lo hará la segunda al tener que asumir todo el trabajo sola.

– Efecto dominó: en un banco de baterías en paralelo, la batería más débil acaba "succionando" la vida de las demás.

La Solución Profesional: Vasos de Mayor Capacidad

En lugar de comprar dos baterías de 100 Ah y ponerlas en paralelo para obtener 200 Ah, la recomendación técnica es siempre comprar una sola batería de 200 Ah o utilizar vasos estacionarios de gran capacidad.

– Mayor fiabilidad: al tener un solo bloque (o varios en serie), la corriente fluye de manera uniforme por todas las celdas químicas.

– Menos puntos de fallo: menos cables, menos terminales y menos riesgo de que una conexión floja genere un arco eléctrico o un sobrecalentamiento localizado.

– Facilidad de monitorización: es mucho más sencillo para un regulador o un monitor de baterías (BMV) medir el estado de salud de un solo bloque que intentar promediar el comportamiento de varios en paralelo.