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Explicación de cómo calcular la capacidad de un sistema BESS al final de su vida útil, y no desde el primer día
La capacidad indicada en la etiqueta técnica inicial informa a los clientes de cuánto puede almacenar una batería cuando es nueva, no de la cantidad que suministrará de forma fiable años más tarde. Esta guía aclara exactamente cómo calcular la capacidad al inicio de la vida útil a partir de la responsabilidad al final de la misma y cómo rebatir las hipótesis poco sólidas de los proveedores.
Un sistema de almacenamiento de energía en baterías que se anuncia como de 30 kWh puede almacenar aproximadamente esa cantidad en condiciones de prueba de fábrica cuando es nuevo; sin embargo, la energía de CA útil de la que dispone el consumidor puede ser considerablemente menor una vez que se tienen en cuenta las limitaciones de profundidad de descarga, las pérdidas del inversor, el consumo complementario, la reducción de potencia por temperatura, el tiempo de inactividad y la pérdida gradual de capacidad a largo plazo.
Entonces, ¿por qué alguien querría comparar una obligación a diez años con un factor de evaluación recién salido de fábrica?
Yo no lo haría.
La realidad es que gran parte del sector de las baterías sigue funcionando a la inversa: se parte del tamaño del producto, se estima un valor positivo de energía útil y se aborda el deterioro más adelante. Los trabajos sólidos de dimensionamiento de sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) se realizan a la inversa. Empezamos por la potencia que debe llegar a la carga al final del periodo de funcionamiento previsto y, a continuación, calculamos cuánta capacidad de batería hay que instalar desde el primer día.
Ignorar esa diferencia está resultando cada vez más caro. Estados Unidos incorporó 6,4 GW de almacenamiento en baterías en 2023, lo que supuso un incremento anual del 70%, mientras que la capacidad de las baterías a escala industrial superó los 26 GW durante 2024, tras la instalación de otros 10,4 GW. Un desarrollo a ese ritmo pone de manifiesto las especificaciones deficientes con la misma rapidez con la que potencia la buena ingeniería.
La capacidad desde el primer día no es la capacidad que está obteniendo el proyecto
Un equipo no genera ingresos, no garantiza la libertad de respaldo ni cumple con un compromiso de capacidad por el mero hecho de que su batería haya superado una prueba de aceptación durante la puesta en servicio.
La tarea cobra valor al proporcionar la potencia y la energía necesarias en el momento de su contratación.
Pensemos en una batería doméstica con una capacidad nominal de 30 kWh. La etiqueta responde a una cuestión concreta: ¿cuánta energía electroquímica clasifica el fabricante como capacidad nominal en condiciones específicas? Sin embargo, no responde directamente a:
¿Cuántos kilovatios-hora consume el aire acondicionado?
¿Qué ocurre tras 3.000 ciclos completos comparables?
¿Qué capacidad se mantiene durante todo el mes más caluroso?
¿Permite la garantía una profundidad de descarga de 100%?
¿Se incluyen los sistemas de climatización, los controles, las bombas y la capacidad de reserva?
¿Qué estado de bienestar da lugar a una mejora o a una sustitución?
¿Se mide la potencia garantizada en los terminales de la celda, en el bus de corriente continua o en el punto de interconexión?
No son notas técnicas al pie de página. Son el trabajo en sí.
El marco de análisis de almacenamiento de energía de larga duración de Sandia para 2024 considera la tasa de degradación como una variable de rendimiento que se ve afectada por las condiciones ambientales, la profundidad de descarga, el precio de la tarifa y la tasa de descarga. Además, su matriz de factores competitivos desglosa la capacidad energética, la potencia nominal, la eficiencia de ida y vuelta, la degradación, el tiempo de inactividad, el rango de temperaturas y el consumo auxiliar, en lugar de ocultarlos tras una única cifra global.
Esa es la actitud mental adecuada. La capacidad es una cadena de deducciones.
Define las obligaciones al final de la vida útil antes de elegir una batería
El primer paso para dimensionar un sistema de almacenamiento de energía en baterías no consiste en elegir entre fosfato de hierro y litio, un inversor o un armario.
Se trata de redactar una declaración de tareas pendientes antes del fallecimiento.
Una afirmación defendible podría ser la siguiente:
Al final del décimo año, el BESS deberá suministrar 30 kWh de potencia para el aire acondicionado con el factor de conexión durante una descarga de cuatro horas, a la temperatura ambiente de diseño definida, sin sobrepasar el intervalo de estado de carga requerido.
Actualmente tenemos algo que se puede fabricar.
La declaración de obligaciones debe definir al menos seis límites:
Energía suministrada requerida: Los kilovatios-hora del lado de la corriente alterna que deben llegar a la carga o a la red eléctrica.
Potencia de descarga necesaria: El compromiso de potencia sostenida en kW o MW.
Duración del contrato: Años, ciclos, rendimiento o cualquier otro límite que se alcance primero.
Punto de dimensión: Célula, componente, bus de corriente continua, resultado del inversor o medidor de beneficios.
Condiciones de funcionamiento: Temperatura, altitud, estado de la batería, tasa de carga y tiempo de respuesta.
Demanda de horarios: Basta con que un solo componente, estante, inversor o sistema de refrigeración y calefacción deje de funcionar para que el resultado obtenido se vea reducido.
¿Sencillo? No precisamente.
Una batería de 40 kWh conectada a un inversor de 12 kW no significa automáticamente que el sistema tenga una capacidad de suministro de 40 kWh. El sistema conectado Sistema doméstico de almacenamiento de energía fotovoltaica de 12 kW con una batería de 40 kWh Ofrece una referencia útil para la configuración —15 kW de energía fotovoltaica, un inversor de 12 kW y 40 kWh de capacidad de almacenamiento reducida—, pero aún es necesario especificar la composición química, la tensión, la garantía contra el deterioro y el margen de funcionamiento antes de poder determinar su rendimiento al final de su vida útil.
El producto es el punto de partida. El acuerdo de eficiencia es el objetivo.
La fórmula para calcular el tamaño de los sistemas de almacenamiento de energía por baterías (BESS) que plantea problemas
Para un cálculo aproximado, utilizo esta estructura:
C_BOL = capacidad necesaria de la placa de características al inicio de la vida útil
E_EOL = potencia necesaria del aire acondicionado al final de su vida útil
SOH_EOL = estado de salud y bienestar al final de la vida, previsto o modelizado
DoD_usable = profundidad de descarga útil permitida
η_discharge = Rendimiento de la ruta de descarga de corriente continua a corriente alterna
F_temperatura = reducción de la capacidad o la potencia a la temperatura de diseño
F_disponibilidad = margen para fallos o componentes inaccesibles
F_auxiliar = margen para refrigeración y calefacción, sistemas de gestión, bombas y otras cargas parásitas
Todos los aspectos deben basarse en los mismos criterios de evaluación y los mismos requisitos.
Esa frase llama la atención. Se incumple constantemente.
Un proveedor puede estimar el rendimiento máximo del inversor 95%, otro puede estimar el rendimiento de ida y vuelta de la batería, y un tercero podría deducir la entrada de apoyo fuera del límite garantizado. Aumentar esas cifras sin integrar sus interpretaciones da como resultado una precisión propia de una hoja de cálculo, pero con un sinsentido desde el punto de vista de la ingeniería.
En un debate sobre la evaluación del almacenamiento de energía para 2024 mantenido con Sandia se puso de relieve la necesidad de definir la eficacia de ida y vuelta en los distintos estados de carga y de modelizar el deterioro por ciclos, en lugar de considerar el rendimiento de la batería como un valor fijo.
Mi postura es clara: cuando un fabricante facilita un porcentaje de eficiencia sin indicar el perfil de carga, el nivel de temperatura, el rango de estado de carga ni ningún otro parámetro de referencia, lo considero información publicitaria.
Ejemplo práctico: Suministro de 30 kWh en el año 10
Creo que el sistema tiene que cumplir 30 kWh de aire acondicionado en el décimo año.
Utiliza los siguientes supuestos ilustrativos:
Estado de salud y bienestar al final de la vida: 80%
El sobredimensionamiento implícito del BESS es, aproximadamente:
49,6 ÷ 30 = 1,65
Por lo tanto, una instalación que necesite 30 kWh de energía fiable para el aire acondicionado al final de su vida útil podría requerir prácticamente 50 kWh de potencia nominal inicial según estas hipótesis.
Esa diferencia es la clave.
Aunque el uso complementario ya estuviera incluido en otros lugares y se eliminara de la fórmula, la demanda seguiría estando relacionada, sin duda, con 47,1 kWh, y no 30 kWh. Un pequeño sistema de 30 kWh, partiendo de las hipótesis restantes, sin duda solo proporcionaría unos 19,1 kWh en relación con el problema concreto de fin de vida útil.
A modo de comparación, el Kit fotovoltaico doméstico de 8 kW con una capacidad de almacenamiento en batería de 30 kWh combina un sistema fotovoltaico de 9,6 kW, un inversor de 8 kW y una batería de 30 kWh. Esto podría ser adecuado para diversas aplicaciones residenciales; sin embargo, su idoneidad para cubrir una necesidad de distribución de 30 kWh al año no puede determinarse únicamente a partir de la capacidad nominal, ya que la ficha del producto no especifica la composición química de la batería, la tensión, la garantía de estado de salud ni el límite de energía utilizable.
No se trata de una crítica a un producto concreto. Es una lección sobre compras para todo el sector.
¿Qué presunciones de destrucción cambian realmente el enfoque?
El deterioro del BESS no se reduce a un simple porcentaje anual.
El envejecimiento natural continúa mientras la batería permanece inactiva. El envejecimiento por ciclos se acelera con el rendimiento energético. Un alto coste, los ciclos de descarga profunda, el aumento de la temperatura de las celdas, la carga agresiva, la desigualdad entre celdas y el funcionamiento repetido cerca de los límites de tensión pueden acelerar la pérdida de capacidad o el desarrollo de resistencia. El modelo de Sandia para 2024 identifica claramente las condiciones ambientales, la profundidad de descarga, la velocidad de carga y la velocidad de descarga como factores que aceleran el deterioro.
La química también es importante.
El fosfato de hierro y litio, creado como LiFePO FOUR y, aunque se suele abreviar como LFP, es una opción muy extendida para el almacenamiento estacionario, ya que su funcionamiento difiere del de las composiciones ricas en níquel, como el NMC. Sin embargo, la denominación química no elimina las diferencias en cuanto a diseño y construcción de las celdas, control térmico, limitaciones del sistema de gestión de la batería (BMS), uniformidad en la fabricación y política de garantía.
2. Los sistemas LFP pueden envejecer de forma diferente.
Por lo tanto, el método más eficaz para dimensionar un sistema de almacenamiento de energía por baterías (BESS) es aquel que utiliza una curva de degradación, y no una cifra de retención aislada y sin fundamento. Como mínimo, se debe exigir:
Presunciones sobre la datación cronológica basadas en el registro de temperaturas anuales
Supuestos de envejecimiento por ciclos en función de la profundidad de descarga y la tasa de carga (C-rate)
Significado de «ciclo completo igual»
Curva de retención de energía «Surefire» por año
Producción garantizada en MWh
Resistencia dimensional y procedimiento de inspección
Requisitos de equilibrio y recalibración de las celdas
Capacidad energética al final de la vida útil, no solo retención de energía
Exclusiones de la garantía relativas al estado de carga en reposo y al nivel de temperatura de funcionamiento
El Programa Federal de Supervisión Energética del Departamento de Energía de Estados Unidos publicó el 8 de julio de 2024 una lista de adquisición de sistemas industriales de almacenamiento de energía por baterías de iones de litio (BESS), en la que se proporcionan a los organismos gubernamentales tareas estandarizadas, consultas tecnológicas y puntos de referencia para el desarrollo de proyectos en una fase muy temprana. Se trata de un precedente discreto pero importante: se está presionando a los compradores avanzados para que adopten un proceso de adquisición estructurado, en lugar de aceptar una hoja de datos llamativa como base de diseño.
Tabla de niveles de sensibilidad: pequeños ajustes en las suposiciones, grandes ajustes en las capacidades
La tabla siguiente se basa en un requisito de 30 kWh para los aparatos de aire acondicionado al final de su vida útil. Los valores son orientativos y no deben modificar el diseño de desmantelamiento establecido por el fabricante.
Escenario
EOL SOH
DoD funcional
Eficiencia de liberación
Temperatura variable
Disponibilidad
Variable complementaria
Se requiere capacidad para incorporarse desde el primer día
Propuesta optimista
90%
95%
97%
100%
99%
98%
37,7 kWh
Ejemplo de diseño equilibrado
85%
90%
95%
97%
98%
97%
44,0 kWh
Caso tradicional de diez años
80%
90%
95%
95%
98%
95%
49,6 kWh
Instalación en condiciones de temperaturas extremas
75%
85%
93%
90%
97%
93%
61,8 kWh
Una sola celda de una hoja de cálculo puede modificar la adquisición en decenas de kilovatios-hora.
¿Qué suposición cuestionará primero el comercial? Por lo general, la que eleva el precio estimado. ¿Qué suposición debería cuestionar primero el propietario? La que tenga menos pruebas que la respalden.
En el caso de aplicaciones más pequeñas, se aplica exactamente el mismo razonamiento matemático. El Paquete completo de sistema de almacenamiento de energía solar doméstico de 5 kW con una batería de 20 kWh Incluye un sistema fotovoltaico de 6 kW y un inversor de 5 kW; sin embargo, una batería nominal de 20 kWh generaría sin duda unos 12,7 kWh según el límite de fin de vida útil utilizado en el ejemplo calculado, antes de incluir cualquier margen de reserva independiente.
El alcance cambia. La física, no.
¿Llevar una talla más grande el primer día o aumentarla más adelante?
Existen dos enfoques tradicionales.
Sobredimensionamiento inicial instala la capacidad de batería suficiente desde el principio para cumplir con la obligación relativa al fin de la vida útil sin necesidad de añadir módulos posteriormente.
Aumento programado instala un primer sistema de menor tamaño y va añadiendo bloques de baterías durante el periodo de funcionamiento a medida que la capacidad va disminuyendo.
El sobredimensionamiento resulta más sencillo desde el punto de vista operativo. Reduce el riesgo de futuras compras, el riesgo de incompatibilidad, la movilización de recursos, la integración de programas de software y la posibilidad de que el formato original de la célula deje de fabricarse definitivamente.
Pero, además, inmoviliza capital desde el principio, puede aumentar las cargas relacionadas con la gestión térmica, ocupa aún más espacio y puede hacer que la capacidad inicial quede infrautilizada.
La ampliación resulta económicamente atractiva en un modelo, ya que el capital se invierte a largo plazo. Sin embargo, requiere componentes compatibles, características de tensión adecuadas, espacio disponible en el bastidor, compatibilidad con el sistema de gestión de baterías (BMS), capacidad de reserva del inversor, proveedores de servicios cualificados, colaboración en materia de garantía y un margen de interrupción del servicio aceptable durante muchos años en el futuro.
Es una lista muy larga de suposiciones.
Y tengo una opinión muy clara al respecto: una ampliación nunca debe presentarse como una nota imprecisa que diga “añadir baterías en el séptimo año”. Debe ser un proyecto bien definido que incluya el espacio necesario, las interfaces eléctricas, el diseño de las comunicaciones, los estudios de defensa, la capacidad térmica, las pruebas de designación, las actividades de adquisición y una entidad específica responsable del trabajo.
Una técnica de mestizaje suele ser mucho más válida:
Establecer una capacidad suficiente para hacer frente a la degradación prevista en los primeros años de funcionamiento.
Reservar el espacio físico y eléctrico necesario para la mejora.
Define un activador de mejora basado en el consumo energético real del aire acondicionado, y no únicamente en el día programado.
Exigir una evaluación anual de las capacidades en situaciones reproducibles.
Mantenga la distancia de seguridad entre el inversor y el transformador cuando resulte económicamente viable.
Las preguntas sobre la compra que ponen de manifiesto un dimensionamiento deficiente del sistema BESS
Antes de aceptar una propuesta relativa a las baterías, pediría al proveedor que respondiera por escrito a las siguientes preguntas:
¿La capacidad nominal se mide a nivel de célula, módulo, bastidor, bus de CC o contador de CA?
¿Qué potencia del aire acondicionado se garantiza en el momento de la contratación?
¿Qué potencia de CA se garantiza al finalizar el plazo de garantía?
¿La garantía se basa en años, ciclos, rendimiento o en la primera limitación que se alcance?
¿Qué curva de estado de salud sustenta el dimensionamiento de la capacidad del BESS?
¿Qué perfil de temperaturas anuales se diseñó?
¿Qué profundidad de descarga y qué estado de carga habitual se tuvieron en cuenta?
¿El aire acondicionado y los mandos están incluidos en la garantía de eficiencia?
¿Cómo se comprueba, se gestiona y se redondea la capacidad?
¿Qué resistencia dimensional se aplica?
¿Se garantiza la capacidad de suministro eléctrico al final de la vida útil?
¿Eso cubre los gastos de personal adicional, entrega, citas y tiempo de inactividad?
¿Se pueden combinar módulos nuevos con módulos usados?
¿Qué ocurre si se detiene el módulo original?
¿La garantía cubre la retención de energía o se limita a sustituir los componentes defectuosos?
Disfruta de la forma en que está redactado.
“Una eficiencia de hasta 95%” no equivale a un rendimiento operativo anual garantizado. “Garantía de diez años” no equivale a 80% de energía de CA utilizable tras 10 años. “6.000 ciclos” no tiene sentido hasta que se definan la profundidad de descarga, el nivel de temperatura, la tasa C y el límite de fin de vida útil.
La proposición debe superar el examen matemático. A continuación, debe superar los procedimientos.
Preguntas frecuentes
¿En qué consiste la capacidad de los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) al final de su vida útil?
La capacidad de un sistema de baterías de almacenamiento energético (BESS) al final de su vida útil es la potencia de red que dicho sistema puede suministrar con precisión en el año de retirada especificado o tras el número de ciclos indicado, una vez tenidos en cuenta la pérdida de capacidad, la profundidad de descarga permitida, las pérdidas de conversión, la reducción de potencia por temperatura, el consumo de mantenimiento, la disponibilidad y cualquier reserva legal que no pueda descartarse.
Cabe señalar que esto debe hacerse en un punto de medición definido, preferiblemente en el punto de conexión de la red de corriente alterna, cuando la responsabilidad del proyecto se refiera al suministro eléctrico a una parcela o a la red.
¿Cómo se calcula la capacidad del sistema de almacenamiento de energía (BESS) al final de su vida útil?
Para calcular la capacidad del sistema de almacenamiento de energía en batería (BESS) al final de su vida útil, divida la energía de CA requerida entre los factores de retención prevista del estado de salud, profundidad útil de descarga, eficiencia del proceso de descarga, reducción de potencia por temperatura, programación y cargas auxiliares; a continuación, redondee al alza hasta obtener una configuración viable con margen de ingeniería.
El resultado es la potencia nominal inicial. A continuación, hay que analizar la potencia nominal de forma individual, ya que disponer de suficientes kWh no garantiza una potencia suficiente en kW durante todo el tiempo de descarga.
¿Qué es una variable de sobredimensionamiento de un sistema de almacenamiento de energía por baterías (BESS)?
Un aspecto relacionado con el sobredimensionamiento de un sistema BESS es el multiplicador que se aplica a la energía suministrada necesaria al final de la vida útil para calcular la mayor capacidad nominal inicial requerida, una vez que se han tenido en cuenta la destrucción, las limitaciones del rango de funcionamiento, las pérdidas de eficiencia, los efectos de la temperatura, las cargas de apoyo y las deducciones por accesibilidad.
Por ejemplo, un factor de sobredimensionamiento de 1,65 implica que una obligación de 30 kWh al final de la vida útil requiere una capacidad instalada inicial de aproximadamente 49,5 kWh.
¿Es siempre correcto dar por hecho que el estado de la batería 80% es «bueno»?
El «80 % del estado de bienestar» es un factor de referencia habitual en los contratos, no una constante física universal, ya que la retención real depende de la composición química, la estructura celular, la edad cronológica, los ciclos completos equivalentes, la profundidad de descarga, la tasa de carga (C-rate), las condiciones de temperatura, la calidad del equilibrado y los problemas específicos de medición de la garantía.
Utiliza el código 80% únicamente cuando se ajuste al contrato, al diseño de deterioro, al perfil operativo y al tratamiento de la prueba de capacidad. En caso contrario, se trata simplemente de una cifra redonda que resulta práctica.
¿Es mejor sobredimensionar un sistema de almacenamiento de energía por baterías (BESS) desde el principio o ampliarlo más adelante?
El sobredimensionamiento permite instalar una capacidad de batería mucho mayor en el momento de la adjudicación, mientras que la ampliación consiste en añadir componentes posteriormente para recuperar la capacidad perdida; la mejor opción depende del momento de la inversión, la compatibilidad futura de los componentes, el tratamiento fiscal y financiero, el tiempo de inactividad, el impacto, el diseño térmico, las condiciones de la garantía y de si el propietario puede asumir el riesgo de la implementación años después de la adjudicación.
Una estrategia híbrida suele funcionar bien; sin embargo, en una primera fase se deben desarrollar mejoras en la arquitectura eléctrica, mecánica, térmica, de controles y contractual.
Hay que valorar la responsabilidad, no el folleto
El dimensionamiento del BESS debe responder a una cuestión:
¿Cuánta potencia debe seguir suministrando el sistema cuando ya sea viejo?
Empieza por ahí. Define los requisitos del sistema de aire acondicionado, el periodo de descarga, la duración del contrato, la temperatura de funcionamiento, la disponibilidad, el estado del suelo, la profundidad útil de descarga y el límite complementario. A continuación, calcula hacia atrás la capacidad necesaria para el primer día.
No dejes que la placa de características determine la demanda.
Para un proyecto doméstico o de energía solar con almacenamiento, compara las opciones disponibles una vez que se haya completado la estimación de la vida útil. Evalúe las opciones de sistemas de 20 kWh, 30 kWh y 40 kWh en función de su consumo real, el periodo de autonomía, los problemas de temperatura y las necesidades de almacenamiento; a continuación, solicite un presupuesto basado en la energía útil garantizada al final de la vida útil, en lugar de en los pocos kWh del primer día.
