Dimensionar la batería y el grado de autarquía

1Grado de autarquía y cuota de autoconsumo no son lo mismo

Ambas cifras describen la misma cantidad de energía, pero con denominadores distintos, y precisamente por eso se confunden constantemente.

El grado de autarquía indica qué parte de tu consumo procede de tu propia instalación. La fórmula: electricidad solar autoconsumida dividida entre el consumo total. Un hogar que consume 3.500 kilovatios hora y cubre 1.300 de ellos con su propia instalación tiene un grado de autarquía del 37 por ciento.

La cuota de autoconsumo indica qué parte de tu generación se queda en casa. Fórmula: electricidad solar autoconsumida dividida entre la generación total. La misma instalación, con 4.800 kilovatios hora de generación, llega así al 27 por ciento.

La diferencia no es académica. El grado de autarquía habla de lo independiente que eres de la red; es la cifra a la que se refiere la mayoría cuando dice «autarquía». La cuota de autoconsumo habla de lo bien que aprovechas tu propia electricidad; es la cifra que decide la rentabilidad, porque la electricidad autoconsumida ahorra el precio de compra completo, mientras que la inyectada solo recibe la tarifa, mucho más baja.

Una instalación grande sube el grado de autarquía y a la vez baja la cuota de autoconsumo. Una pequeña hace lo contrario. Quien quiera maximizar una de las dos cifras tiene que saber cuál.

2Lo que hace una batería y lo que no

Una batería desplaza energía en el tiempo, del pico del mediodía a la noche. Nada más. Esta sola frase responde a la mayoría de preguntas sobre el almacenamiento.

Sin batería, la electricidad solar llega cuando el hogar típico menos consume. Lo que sobra va a la red. Por la noche, cuando se cocina, se calienta y se ve la televisión, la electricidad vuelve de la red, solo que más cara. La batería llena exactamente ese hueco.

De ahí sale el primer límite: una batería solo puede desplazar lo que sobra de día y se necesita de noche. En un hogar que ya consume de día, por teletrabajo o por una bomba de calor que funciona de día, hay menos que desplazar, y la batería aporta menos en proporción.

El segundo límite es la estación. En verano hay cada día más excedente del que cabe en la batería; al mediodía está llena y por la noche vacía, un ciclo perfecto. En diciembre, muchos días no hay excedente alguno; entonces la batería se queda vacía y no aporta nada. Una batería salva la noche, no el invierno. El almacenamiento estacional con baterías no es viable ni física ni económicamente; haría falta cien veces la capacidad.

El tercer límite son las pérdidas. Una batería de litio devuelve alrededor del 90 al 95 por ciento de la energía cargada; con las pérdidas del inversor en ambos sentidos, el sistema conserva en conjunto un 85 a 90 por ciento. Diez kilovatios hora cargados se convierten en algo más de nueve utilizables.

3Qué tamaño debe tener la batería

La regla práctica más habitual: alrededor de un kilovatio hora de capacidad útil por cada 1.000 kilovatios hora de consumo anual. Un hogar con 3.500 kilovatios hora llega a 3,5 kilovatios hora; uno con 5.000, a 5.

Una segunda regla, igual de buena, se refiere a la instalación: alrededor de un kilovatio hora de batería por kilovatio pico. Con un dimensionado típico, ambas llevan a tamaños parecidos, porque instalación y consumo suelen ir de la mano.

Lo decisivo es qué pasa por encima de ese tamaño. La curva del grado de autarquía según el tamaño de la batería sube al principio con fuerza y luego se aplana claramente. En nuestro hogar de ejemplo —3.500 kilovatios hora de consumo, 3,5 kWp en un tejado suroeste en Colonia, calculado con la calculadora SolarFinder— pasar de cero a 3,5 kilovatios hora aporta unos 25 puntos porcentuales de autarquía, del 34 al 59 por ciento. Pasar de 3,5 a 7 aporta ya solo diez, y de 7 a 14 otros cuatro. Y cada kilovatio hora adicional cuesta lo mismo.

La razón es sencilla: la primera parte de la batería se usa por completo casi todos los días del año. La parte superior, solo los pocos días en que hay suficiente excedente y suficiente consumo nocturno: nunca en invierno y no siempre en verano. Una batería sobredimensionada está medio vacía la mayor parte del tiempo y envejece igualmente.

En la práctica esto significa: en la primera compra, quédate con la regla práctica. Muchos sistemas se pueden ampliar más adelante si se añade una bomba de calor o un coche eléctrico que aumente de verdad el consumo nocturno.

4¿Qué grado de autarquía es realista?

Sin batería, un hogar medio con una instalación de tamaño adecuado —alrededor de 1 kWp por cada 1.000 kilovatios hora de consumo anual— alcanza un grado de autarquía del 30 al 40 por ciento. El valor es más alto si hay alguien en casa durante el día y más bajo con un perfil clásico de persona que se desplaza al trabajo. Una instalación de balcón de 0,8 kWp cubre del 15 al 25 por ciento.

Con una batería dimensionada según la regla práctica —alrededor de 1 kilovatio hora por cada 1.000 kilovatios hora de consumo— los valores suben al 55 a 65 por ciento. Si la instalación es mayor que el consumo y la batería algo mayor que la regla práctica, se llega al 70 a 80 por ciento: el ajuste predeterminado de la calculadora, 4 kWp con 5 kilovatios hora de batería y 3.500 kilovatios hora de consumo, da según el lugar del 68 (Hamburgo) al 74 por ciento (Múnich). Todo lo que esté por encima exige una instalación claramente mayor, una batería claramente mayor o un consumo que pueda desplazarse mucho al día.

Por encima del 80 por ciento de autarquía anual solo se llega en Europa central si la instalación y la batería son muy grandes para el consumo: la calculadora lo muestra por ejemplo con 6 kWp y 10 kilovatios hora de batería para 3.500 kilovatios hora de consumo (del 82 al 89 por ciento). La razón está en el reparto mensual: de noviembre a febrero se genera en conjunto solo alrededor del 14 por ciento de la producción anual. En esos meses la electricidad viene sobre todo de la red, da igual lo grande que sea la batería.

A la inversa, en el semestre de verano es normal ser totalmente autosuficiente durante semanas. Quien observa su instalación en julio y lo extrapola al año se lleva una imagen completamente equivocada, la misma trampa que con la previsión de rendimiento.

Un buen grado de autarquía no es, por cierto, un fin en sí mismo. Cuesta dinero, y a partir de cierto punto se compra independencia a un precio mayor que el de la electricidad de la red. Quien quiera autarquía por convicción debería saberlo y decidirlo conscientemente; quien hace cuentas se detiene antes.

5¿Compensa la batería?

El beneficio de una batería es una sola cifra: la diferencia entre lo que cuesta un kilovatio hora de la red y lo que habría aportado al inyectarlo. Con 35 céntimos de precio de compra y 8 céntimos de tarifa, son 27 céntimos por kilovatio hora desplazado.

Cuántos kilovatios hora desplaza una batería al año resulta de su capacidad útil por el número de ciclos completos. La simulación horaria de la calculadora llega a unos 230 a 290 ciclos completos al año para una batería de 5 kWh en una instalación de 4 a 6 kWp: casi uno al día en verano, apenas alguno en invierno. La batería entrega así unos 1.150 a 1.450 kilovatios hora.

Multiplicado por 27 céntimos, eso da un beneficio anual de unos 310 a 390 euros. Si la batería cuesta 4.000 euros, la amortización simple es de 10 a 13 años: en el límite o más allá del periodo de garantía típico de diez años o de 6.000 a 10.000 ciclos.

Este cálculo es sensible a tres magnitudes. Si sube el precio de la electricidad, la batería se vuelve atractiva rápidamente. Si baja el precio de la batería, también. Y cuanto más consumo nocturno tenga el hogar, más ciclos se acumulan. Quien tiene bomba de calor o coche eléctrico calcula de forma mucho más favorable que un hogar de dos personas sin ninguno de los dos.

Lo que no entra en el cálculo: la propia instalación. Por regla general, la fotovoltaica se amortiza mucho más rápido que la batería, normalmente en ocho a doce años. Considerar ambas juntas oculta que son dos decisiones de inversión distintas. Se puede montar la instalación y añadir la batería más adelante.

SolarFinder calcula igual: la amortización es el coste total dividido entre el ahorro anual. Como coste total, la calculadora toma de forma predeterminada el precio en tienda de un kit adecuado al tamaño de instalación y batería elegido; si no lo hay, aparece un valor predeterminado marcado como estimación. Tu propio precio, por ejemplo el de un presupuesto, lo ajustas con el control deslizante; entonces se mantiene aunque cambies la instalación o la batería.

6¿Cuánto tarda en llenarse la batería?

El tiempo de carga depende del excedente, no de la potencia de la instalación. Lo decisivo es lo que queda tras restar el consumo del hogar en ese momento.

Un ejemplo: una instalación de 5 kWp da, en un día claro de junio, unos 4 kilovatios hacia el mediodía. El consumo base de la casa es de 0,4 kilovatios. Quedan 3,6 kilovatios de potencia de carga. Una batería con 10 kilovatios hora de capacidad útil está, por tanto, llena en algo menos de tres horas, siempre que estuviera vacía y la potencia de carga del sistema lo permita.

Ahí está precisamente el segundo límite: muchas baterías domésticas cargan como máximo a 0,5 C, es decir, la mitad de su capacidad por hora. Una batería de 10 kWh admite entonces como mucho 5 kilovatios; con instalaciones pequeñas, el cuello de botella es de todos modos el excedente.

En primavera y otoño esto se reparte a lo largo de todo el día, porque la potencia solo llega a dos o tres kilovatios. En diciembre, muchos días la batería no se llena en absoluto.

Para el dimensionado se deduce una prueba sencilla: si tu batería no se llena en un día medio de verano, es demasiado grande para tu instalación. Si a media mañana ya está llena y el resto del día se inyecta a la red, es demasiado pequeña, o la instalación demasiado grande.

7Un ejemplo completo

Un hogar de cuatro personas en Colonia consume 4.200 kilovatios hora al año, sobre todo por la mañana y por la noche. En el tejado orientado al suroeste se prevén 6 kWp con 35 grados de inclinación; según los valores horarios de PVGIS de la calculadora, el rendimiento específico es de unos 925 kilovatios hora por kilovatio pico, es decir, 5.550 kilovatios hora de generación. Todas las cifras de este ejemplo proceden de la calculadora SolarFinder.

Sin batería: el autoconsumo es de alrededor del 28 por ciento de la generación, es decir, 1.550 kilovatios hora. El grado de autarquía es de 1.550 sobre 4.200, es decir, el 37 por ciento. A la red van unos 4.000 kilovatios hora.

Con una batería según la regla práctica, 4,2 kilovatios hora útiles redondeados a un sistema estándar de 5 kWh: en la calculadora la batería hace unos 270 ciclos completos al año y entrega unos 1.370 kilovatios hora que de otro modo vendrían de la red. El autoconsumo sube así a 2.910, la cuota de autoconsumo al 52 por ciento y el grado de autarquía al 69 por ciento.

El efecto económico: el ahorro anual sube de 862 a 1.221 euros, es decir, unos 360 euros más: 1.370 kilovatios hora por 27 céntimos de diferencia, menos las pérdidas de carga. Con un sobrecoste de 4.000 euros por la batería, se amortiza sobre el papel en algo más de 11 años.

Y la variante que muchos pasan por alto: invertir esos mismos 4.000 euros en más módulos en lugar de la batería aportaría en este tejado unos 3 kWp más y, con ello, unos 2.780 kilovatios hora más de generación, de los que solo una pequeña parte se consumiría. Qué variante gana depende de la relación entre precio de los módulos, precio de la batería y tarifa de inyección. Puedes probar exactamente este cálculo en SolarFinder cambiando el tamaño de la instalación y la batería por separado.

8¿Comprarla ahora o añadirla después?

La instalación se amortiza más rápido que la batería. De ahí sale una estrategia obvia: montar primero la fotovoltaica y añadir la batería más tarde, cuando el precio de la electricidad, el de la batería o tu propio consumo lo justifiquen.

Técnicamente hay dos caminos. Una batería acoplada en AC se conecta detrás del inversor, a la red de la casa, y puede añadirse a prácticamente cualquier instalación existente, incluso de otro fabricante. Tiene algo más de pérdidas, porque la electricidad se convierte dos veces, pero es completamente independiente de la instalación existente. Una batería acoplada en DC va delante del inversor y funciona con más eficiencia, pero requiere un inversor híbrido, que debe estar desde el principio o sustituirse después.

Quien quiera dejar abierta la ampliación compra, por tanto, directamente un inversor híbrido. El sobrecoste frente a un inversor de red puro es moderado y mucho menor que una sustitución posterior.

Los principales argumentos en contra de esperar son las ayudas y la instalación. Si la batería se monta junto con la instalación, el esfuerzo se hace una sola vez: andamio, electricista, alta ante la distribuidora. Más adelante, parte de eso se repite. Si eso pesa más que la ventaja de una batería posterior, normalmente más barata, depende del presupuesto.

A menudo se pasa por alto una tercera opción: ninguna batería, sino desplazar el consumo. Poner la lavadora, el lavavajillas, el calentamiento del agua y la carga del coche eléctrico en las horas del mediodía aumenta el autoconsumo más o menos tanto como una batería pequeña, y solo cuesta cambiar de costumbres.

9Suministro de emergencia, respaldo y lo que realmente da la batería

Mucha gente compra una batería esperando seguir teniendo electricidad durante un apagón. No es algo automático. Al contrario: una batería estándar se desconecta cuando falla la red.

La razón es una norma de seguridad. Los inversores deben desconectarse cuando falla la red, para que nadie trabaje en una línea supuestamente sin tensión mientras la instalación sigue inyectando. Sin tecnología adicional, incluso una instalación con la batería llena se detiene en cuanto falta la electricidad de la red.

Hay dos niveles de ampliación que lo cambian. La función de suministro de emergencia ofrece un único enchufe tras el apagón, normalmente con potencia limitada y con una interrupción de unos segundos a minutos. Basta para la nevera, el router y la luz. La función de respaldo, en cambio, abastece toda la casa mediante un conmutador y, según el sistema, puede incluso funcionar sin interrupción. Es bastante más compleja y cara, porque hacen falta un seccionador de red y un cableado adecuado.

Ambas deben pedirse con la compra. Añadirlas después es técnicamente posible en muchos sistemas, pero caro, porque afecta a la instalación eléctrica de la casa. Quien quiera la batería como respaldo debería decidirlo antes de elegir y verlo explícitamente en el presupuesto; en la venta los términos se usan a menudo a la ligera.

Para el cálculo de rentabilidad esta función no cuenta: no ahorra ningún kilovatio hora, aumenta la disponibilidad. Quien la quiere compra comodidad y seguridad, no rentabilidad.

10Errores frecuentes

Confundir el grado de autarquía con la cuota de autoconsumo. Ambas cifras describen la misma cantidad de energía con denominadores distintos y llevan a conclusiones opuestas.

Dimensionar la batería para un día de verano. Quien elige la capacidad para cubrir un día de junio compra demasiado para once meses.

Usar la capacidad bruta en lugar de la útil. Entre ambas suele haber un diez por ciento.

Esperar autarquía estacional. La batería salva la noche, no el invierno; para eso falta un factor de cien.

Mezclar batería e instalación en un solo cálculo. La instalación se amortiza mucho más rápido; sumadas, la batería parece mejor de lo que es.

Suponer un número fijo de ciclos completos. Cuántos ciclos completos hace una batería al año depende de la relación entre instalación, batería y consumo: una batería de 5 kWh en 4 a 6 kWp llega a 230 a 290 ciclos completos, una batería demasiado grande para la instalación a bastantes menos.