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Cuando una empresa empieza a considerar el almacenamiento con baterías, una de las primeras preguntas suele ser: ¿Qué tamaño debe tener el sistema?
No hay una única respuesta basada solo en el tamaño del edificio o en la factura eléctrica mensual. Una fábrica con un consumo de energía estable puede necesitar un sistema de baterías muy diferente al de otra fábrica que tenga el mismo consumo mensual pero experimente picos de demanda breves y costosos.
Para la mayoría de los proyectos comerciales, el dimensionamiento de la batería se reduce a dos preguntas:
- ¿Cuánta potencia necesita entregar el sistema en un momento dado?
- ¿Durante cuánto tiempo necesita seguir entregando esa potencia?
La primera pregunta determina la potencia del sistema en kW. La segunda determina la capacidad de la batería en kWh.
Una fórmula sencilla para empezar
Capacidad de batería requerida = Carga × Tiempo de operación ÷ DoD utilizable ÷ Eficiencia del sistema
Esta fórmula ofrece un punto de partida útil, pero el tamaño final del sistema también debe reflejar el perfil de carga real, la demanda máxima, las cargas críticas y el envejecimiento previsto de la batería.
Empiece por el propósito de la batería
Antes de hacer cualquier cálculo, decida qué se espera principalmente que haga la batería.
Un sistema diseñado para peak shaving no se dimensiona igual que un sistema diseñado para respaldo de emergencia. Una batería utilizada para almacenar energía solar diurna también puede necesitar una configuración diferente.
Reducción de picos
El peak shaving consiste en utilizar la batería cuando la demanda de energía de la instalación supera un límite seleccionado.
Por ejemplo, una fábrica puede operar normalmente a unos 500kW, pero ocasionalmente subir a 750kW. Si el objetivo es mantener la demanda de la red por debajo de 600kW, la batería puede necesitar proporcionar hasta 150kW durante el periodo pico.
En este caso, las preguntas principales son:
- ¿Cuántos kilovatios hay que reducir?
- ¿Cuánto suele durar el pico?
- ¿Con qué frecuencia ocurre?
Energía de respaldo
Para el respaldo de energía, el cálculo comienza con los equipos que deben seguir funcionando durante un corte de red.
Esto no siempre significa respaldar toda la instalación. En muchos proyectos, la batería solo necesita alimentar cargas críticas seleccionadas, como:
- Sistemas de control de producción
- Iluminación y comunicaciones
- Equipos de refrigeración
- Bombas de agua
- Sistemas de seguridad
- Máquinas de producción seleccionadas
Separar las cargas críticas de las no esenciales a menudo hace que el proyecto sea mucho más práctico y asequible.
Almacenamiento de energía solar
En un proyecto de solar más almacenamiento, la batería puede cargarse cuando la producción solar es mayor que la carga de la instalación y descargarse más tarde a lo largo del día.
Este tipo de proyecto requiere datos horarios de generación solar y consumo eléctrico. Los totales mensuales por sí solos no son suficientes porque no muestran cuándo se produce o se utiliza la energía.
Para proyectos centrados principalmente en ajustar la capacidad de la batería a la producción fotovoltaica, consulte nuestra guía de dimensionamiento de almacenamiento con batería solar.
kW y kWh no son lo mismo
Este es uno de los puntos más importantes en el dimensionamiento de baterías comerciales.
kW indica cuánta potencia puede suministrar el sistema
La potencia nominal de un BESS se mide en kilovatios. Indica cuánta potencia puede cargar o descargar el sistema en un momento dado.
En la mayoría de los sistemas comerciales, esta potencia la determina principalmente el PCS, o sistema de conversión de potencia.
Un PCS de 100kW normalmente puede entregar alrededor de 100kW de potencia continua en condiciones nominales. Aunque esté conectado a una batería de 500kWh, sigue sin poder soportar de forma continua una carga de 150kW a menos que el sistema tenga suficiente capacidad de PCS.
kWh indica cuánto tiempo puede funcionar la batería
La capacidad de la batería se mide en kilovatios-hora.
Una forma sencilla de entender la relación es:
- Una batería de 100kWh que soporta una carga de 50kW tiene una autonomía teórica de dos horas.
- Una batería de 200kWh que soporta una carga de 50kW tiene una autonomía teórica de cuatro horas.
- Una batería de 500kWh que soporta una carga de 250kW tiene una autonomía teórica de dos horas.
Estos son valores teóricos. La autonomía real será menor porque normalmente se reserva parte de la capacidad de la batería y también se pierde energía durante la carga y la descarga.
Los kW indican cuánta carga puede soportar el BESS.
Los kWh indican cuánto tiempo puede soportar esa carga.
Utilice datos de carga reales siempre que sea posible
Las facturas eléctricas mensuales son útiles, pero rara vez ofrecen el detalle suficiente para dimensionar correctamente un BESS.
La información más útil suele ser un perfil de carga de 15 o 30 minutos. Este muestra cómo varía la demanda de potencia a lo largo del día.
Al revisar los datos de carga, preste atención a:
- Demanda máxima
- Carga media de operación
- Consumo diario de electricidad
- Momento de máxima demanda
- Duración del periodo punta
- Diferencias entre días laborables y fines de semana
- Cambios estacionales
- Carga crítica durante un corte de suministro
Considere dos fábricas que consumen 300.000kWh al mes cada una.
Una fábrica puede operar con una carga estable durante todo el día. La otra puede tener un pico pronunciado de dos horas provocado por el arranque simultáneo de varias líneas de producción. Aunque su consumo mensual sea similar, sus necesidades de batería serán muy diferentes.
Cómo calcular la potencia de PCS necesaria
El PCS debe ser lo suficientemente grande para soportar la potencia máxima prevista de la batería.
Para alimentación de respaldo
Sume las cargas críticas que puedan funcionar al mismo tiempo.
Suponga que la carga crítica es de 80kW. Añadiendo un margen del 20% se obtiene:
80kW × 1,2 = 96kW
Un PCS de 100kW puede ser una elección razonable.
El margen adicional puede ayudar a cubrir cambios temporales de carga, futuras incorporaciones de equipos y la corriente de arranque de motores o compresores.
Para recorte de picos
La potencia del PCS generalmente debe coincidir con la mayor cantidad de potencia que deba reducirse del pico de la red.
Por ejemplo:
- Demanda máxima de la instalación: 800kW
- Demanda objetivo de la red: 600kW
- Reducción necesaria: 200kW
El BESS debería poder proporcionar alrededor de 200kW durante el periodo punta.
En la práctica, la potencia nominal final del PCS puede ser ligeramente superior para dejar cierto margen de operación.
Cómo calcular la capacidad de la batería
Una vez conocida la potencia necesaria, el siguiente paso es calcular cuánta energía debe almacenar la batería.
Capacidad de la batería = Carga × Tiempo de operación ÷ DoD ÷ Eficiencia del sistema
En esta fórmula:
- Carga es la potencia de salida necesaria de la batería en kW.
- Tiempo de operación es la duración necesaria en horas.
- DoD es la profundidad de descarga útil.
- Eficiencia del sistema tiene en cuenta la energía perdida en la batería y el PCS.
Ejemplo de energía de respaldo
Una fábrica quiere cubrir una carga crítica de 100kW durante dos horas.
- Carga crítica: 100kW
- Tiempo de respaldo: 2 horas
- DoD utilizable: 90%
- Eficiencia del sistema: 92%
El cálculo es:
100kW × 2 ÷ 0,90 ÷ 0,92 = 241,5kWh
Un sistema estándar de alrededor de 250kWh o 261kWh puede ser adecuado, según la configuración disponible y la reserva requerida.
Si la misma carga necesita cuatro horas de respaldo:
100kW × 4 ÷ 0,90 ÷ 0,92 = 483,1kWh
En este caso, se puede considerar un sistema de alrededor de 500kWh.
Ejemplo de cálculo de peak shaving
Para el peak shaving, la capacidad de la batería depende tanto del objetivo de reducción como de la duración del pico.
Supongamos que una fábrica quiere reducir la demanda de la red en 200kW durante dos horas.
El requerimiento energético teórico es:
200kW × 2 horas = 400kWh
Tras incluir un DoD del 90% y una eficiencia del sistema del 92%:
400kWh ÷ 0,90 ÷ 0,92 = 483,1kWh
Una posible configuración sería:
- Potencia del PCS de alrededor de 200kW
- Capacidad de batería de alrededor de 500kWh
No obstante, la curva de carga real puede mostrar que la batería no necesita entregar los 200kW completos durante las dos horas. En ese caso, la capacidad final de la batería puede ser menor.
Por eso, los datos de carga por intervalos son mucho más útiles que simplemente multiplicar la demanda máxima por el número de horas.
Para entender el propósito financiero de esta aplicación, lea más sobre cómo el almacenamiento en baterías puede reducir los cargos por demanda.
No utilice toda la capacidad nominal
Una batería de 500kWh nominales no suele entregar los 500kWh completos a la carga.
Hay que considerar tres factores.
Profundidad de descarga
La profundidad de descarga indica cuánta capacidad nominal de la batería está disponible para su uso normal.
Con un DoD del 90%, una batería de 500kWh proporciona alrededor de 450kWh antes de incluir otras pérdidas.
Pérdidas del sistema
Se pierde algo de energía en el PCS, la batería, el transformador, los cables y los equipos auxiliares.
Los sistemas de refrigeración, los equipos de control y los sistemas de protección contra incendios también pueden consumir una pequeña cantidad de energía.
Envejecimiento de la batería
La capacidad de la batería disminuye gradualmente con el tiempo.
Si un proyecto debe seguir ofreciendo un determinado tiempo de respaldo tras varios años, el tamaño inicial de la batería puede tener que ser mayor que el requerimiento del primer año.
Por ejemplo, si el proyecto necesita 500kWh al final del periodo de operación previsto y la capacidad restante esperada es del 80%:
500kWh ÷ 0,80 = 625kWh
Esto no significa que todos los proyectos deban sobredimensionarse en la misma medida. La reserva debe basarse en la garantía de la batería, el número de ciclos previsto y las condiciones de operación.
Errores comunes en el dimensionamiento de BESS comerciales
Fijarse solo en el consumo eléctrico mensual
El consumo mensual no muestra cuándo se producen los picos de demanda ni cuánto duran.
Elegir la capacidad de la batería sin comprobar la potencia del PCS
Una batería grande no puede alimentar una carga grande si el PCS es demasiado pequeño.
Confundir la capacidad nominal con la capacidad útil
El DoD, las pérdidas de eficiencia y la reserva configurada reducen la cantidad de energía disponible para la carga.
Intentar respaldar todas las cargas
Dar soporte a toda la instalación puede hacer que el sistema sea mucho más grande de lo necesario. A menudo es mejor identificar los equipos que realmente necesitan alimentación ininterrumpida.
Ignorar la potencia de arranque de los motores
Las bombas, los compresores y los motores industriales pueden consumir mucha más potencia durante el arranque que en funcionamiento normal.
Elegir el sistema más grande posible
Una batería más grande no es automáticamente una mejor inversión. Si la batería rara vez se utiliza por completo, la capacidad adicional puede limitarse a aumentar el coste del proyecto.
¿Qué información conviene preparar antes de dimensionar un BESS?
Un proveedor normalmente puede preparar una recomendación más precisa cuando se dispone de la siguiente información:
- Ubicación del proyecto
- Tensión y frecuencia de red
- Facturas de electricidad recientes
- Datos de carga de 15 o 30 minutos
- Demanda máxima
- Carga crítica
- Tiempo de respaldo requerido
- Capacidad solar existente o prevista
- Capacidad del transformador
- Espacio de instalación disponible
- Objetivo principal del sistema de baterías
Aunque no se disponga de todos los datos, la información más importante es la carga máxima, la carga crítica, el tiempo de funcionamiento previsto y el objetivo del proyecto.
Preguntas frecuentes
¿Qué tamaño de batería se necesita para una carga de 100kW?
Para dos horas de respaldo, una carga de 100kW puede requerir alrededor de 240kWh o más tras tener en cuenta el DoD y la eficiencia del sistema. Para cuatro horas, el requisito puede ser de alrededor de 480kWh o más.
¿Necesita un PCS de 100kW una batería de 100kWh?
No necesariamente. Un PCS de 100kW con una batería de 100kWh es aproximadamente un sistema de una hora. El mismo PCS también se puede combinar con 200kWh, 400kWh o más, según el tiempo de funcionamiento requerido y la tasa de descarga de la batería.
¿Cuánto almacenamiento en baterías necesita una fábrica?
Depende de lo que se espere que haga la batería. Un pequeño proyecto de recorte de picos puede necesitar solo unos cientos de kilovatios-hora, mientras que un respaldo industrial de larga duración puede requerir varios megavatios-hora.
¿Puede el mismo BESS proporcionar tanto respaldo como recorte de picos?
Sí, pero la estrategia de operación debe reservar suficiente capacidad de batería para el respaldo. Si la batería se descarga en gran medida para el recorte de picos, puede que no disponga de suficiente energía cuando se produzca un corte.
¿Es mejor instalar capacidad de batería adicional?
Una reserva razonable puede ser útil para el envejecimiento de la batería y el crecimiento futuro de la carga. Sin embargo, añadir capacidad sin una necesidad operativa clara puede encarecer el sistema y reducir el retorno financiero.
Elegir un tamaño de sistema práctico
Un diseño útil de BESS no comienza con un modelo de producto. Comienza con el consumo eléctrico real de la instalación.
Primero identifique la función que debe realizar la batería. Después calcule la potencia requerida, el tiempo de funcionamiento y la capacidad útil de la batería. A continuación, se pueden incorporar al cálculo factores técnicos como el DoD, la eficiencia, la potencia de arranque de los motores y el envejecimiento de la batería.
Para un proyecto de respaldo sencillo, el cálculo puede ser directo. Para el recorte de picos o la gestión de energía solar, la curva de carga suele ser la información más importante.
El objetivo no es elegir la batería más grande. Es elegir un sistema que pueda realizar la función requerida sin dejar una gran cantidad de capacidad costosa sin utilizar.
También puede explorar nuestro sistemas de almacenamiento de energía comerciales e industriales para comparar diferentes configuraciones de BESS en armario y en contenedor.
