¿Qué tan grande debe ser una batería solar para almacenar toda la electricidad de mi casa?
(shkspr.mobi)- En un hogar común de los suburbios de Londres se registran 3,800 kWh de generación anual y el mismo nivel de consumo
- Como hay excedentes y faltantes de electricidad según la estación, para lograr autosuficiencia anual se necesita una batería enorme
- Con datos diarios reales, aunque se usan 9.7 kWh y se generan 19.6 kWh, como el consumo no ocurre al mismo tiempo que la generación, se requiere una batería de 13 kWh
- Al analizar datos reales medidos durante un año, se concluye que para usar en invierno el excedente del verano se necesita una capacidad de aprox. 1,068 kWh (1 MWh)
- En la práctica, instalar una batería tan grande a nivel residencial es técnica y económicamente poco realista; por eso, el diseño eficiente y la reducción del precio de las baterías son temas más importantes
Análisis de la capacidad de batería solar necesaria para almacenar toda la electricidad de una casa
Resumen general
- Se trata de un caso real basado en pequeños paneles solares instalados en una vivienda común de los suburbios de Londres
- Generan en promedio 3,800 kWh al año, y el hogar consume el mismo promedio anual de 3,800 kWh
- Sin embargo, como no toda la electricidad se usa al mismo tiempo, los excedentes se producen en verano y en invierno sigue siendo necesario comprar electricidad
- El objetivo es calcular la capacidad de batería necesaria para lograr una autosuficiencia energética completa
Flujo eléctrico durante un día de verano
- Gráfica:
- Línea amarilla: generación solar (aumenta después del amanecer, alcanza su máximo al mediodía y disminuye hasta el atardecer)
- Línea roja: consumo eléctrico del hogar (hay un gran pico a las 7 p. m., durante la hora de cocinar)
- Línea azul: uso/suministro desde la red eléctrica externa (antes del amanecer se importa, luego también puede suministrarse, y por la tarde vuelve a aumentar el consumo)
- Con datos de medición reales (consumo W/generación W en algunos momentos) se calcula si hay excedente o déficit de energía
- En cierto día de verano, la casa usó 9.7 kWh y generó 19.6 kWh, por lo que a simple vista parecería que bastaría una batería de 9.9 kWh
- En realidad, como los patrones de consumo y generación son distintos, la necesidad máxima de almacenamiento simultáneo llega a 13 kWh
Análisis acumulado de datos de un año
- Tomando como referencia desde finales de marzo hasta finales de marzo del año siguiente, a partir de la primavera la generación supera al consumo y el excedente de electricidad empieza a acumularse
- Con código Python se calcula la diferencia acumulada diaria entre generación y consumo para obtener la capacidad total de batería necesaria
- El máximo acumulado anual alcanza 1,068 kWh (1 MWh), una escala muy grande para una batería doméstica
- Además, por variaciones del clima y del consumo, en algunos momentos sigue siendo necesaria la red eléctrica externa
Realidad y límites
- El análisis se basa en datos individuales que reflejan la vida cotidiana
- Variables como la carga de vehículos eléctricos o el cambio del gas a la electricidad pueden afectar la capacidad realmente necesaria
- Con la tecnología actual, instalar una batería de 1 MWh a nivel doméstico es poco realista
- Existen varios problemas prácticos, como el impacto ambiental, la eficiencia de las baterías y el aprovechamiento de la capacidad sobrante
- En comparación, actualizar los paneles, mejorar la eficiencia del almacenamiento y aprovechar recursos distribuidos de la red se acercan más a soluciones razonables
Viabilidad económica y perspectivas futuras
- En este momento, construir una batería de 1 MWh cuesta entre 100 mil y 500 mil libras
- También hay costos adicionales de mantenimiento, espacio y diversos permisos
- Afortunadamente, el precio de las baterías de ion de litio ha caído 90% en los últimos 10 años, y nuevas tecnologías como las baterías de ion de sodio anticipan una caída de precios aún más rápida
- En el futuro, el costo de una batería residencial podría bajar hasta unas 8,000 libras
- La combinación de solar distribuida + baterías ofrece ventajas como reducción de costos, independencia energética y menor controversia por el uso del suelo
Conclusión
- Por ahora, que cada casa tenga una batería de 1 MWh es poco viable
- Sin embargo, considerando la innovación tecnológica y la caída de precios, existe la posibilidad de que en un futuro no muy lejano se generalicen las viviendas autosuficientes basadas en solar + baterías de gran capacidad
- Los sistemas solares residenciales pueden ofrecer suficientes beneficios y rentabilidad incluso con el clima del Reino Unido
- Un "futuro brillante y bañado por el sol" en el que todas las viviendas almacenen por sí mismas incluso sus excedentes anuales de producción y consumo podría hacerse realidad
1 comentarios
Comentarios de Hacker News
Tengo 3 baterías en un sistema de Tesla y, cuando se instaló, insistí mucho en añadir 8 kW de paneles en el lado oeste del techo, en contra de la recomendación del equipo de ingeniería de Tesla. La eficiencia del lado este era de 74% y la del oeste de 72%, un poco menor, pero al modelar mi consumo histórico por hora confirmé que agotaría la batería principalmente por la noche. Lo que yo quería no era optimizar la generación diaria, sino la generación por franja horaria. Como resultado, gracias a 14 kW en paneles y 3 baterías, vivo completamente fuera de la red durante 9 meses al año. En invierno cae nieve de hasta 7 pies y hay árboles muy grandes alrededor de la casa, pero creo que configurar el sistema según el uso real tiene muchísimo impacto. Muchas veces se diseña el sistema solo con promedios diarios, pero quiero enfatizar que debe basarse en los patrones reales de consumo. Si la compañía eléctrica diera créditos suficientemente buenos por la sobreproducción, la conversación sería distinta, pero en la práctica la mayor parte del beneficio se la queda la eléctrica, así que recomendaría evaluarlo con cuidado
Nosotros también operamos una microrred de 100 kW en la isla La Española, y colocamos la mayoría de los paneles optimizados para el sol de las tardes de invierno o apuntando en direcciones aleatorias hacia el cielo. La disposición aleatoria en realidad produce más energía que una configuración fija a 12 grados hacia el sur, porque la luz intensa instantánea que queremos se distribuye constantemente en distintas zonas del cielo según la nubosidad y las nubes de altura. Además, si los orientamos al sur, parte de los paneles apuntan hacia la montaña y reciben menos luz. Mi consejo sería instalar tantos paneles como sea posible. Nosotros podemos cargar por completo las baterías de una granja y 6 casas con solo 3 horas de sol, y aun en días nublados producimos lo suficiente. Seguimos usando el generador unos 60 días al año, pero con esa cantidad de combustible (300 galones al año), una pequeña granja y 6 hogares viven sin problemas eléctricos
El sistema Powerwall prioriza ante todo la carga de la batería. La electricidad generada durante todo el día se iría en llenar las tres baterías, así que me pregunto por qué no elegiste un modelo basado en optimizar el almacenamiento por franja horaria. ¿No debería el 74% terminar reflejándose más en la producción total que el 72%?
El único caso en que realmente se obtiene 1 dólar de ingreso por generar electricidad es cuando la venta y la compra ocurren al mismo tiempo y en el mismo lugar. Un precio justo debería reflejar el precio de mercado en ese momento, menos los costos de transmisión y venta, así como la caída del precio de mercado causada por el aumento de la oferta. Dependiendo del país, la diferencia entre el precio del día en que vendes electricidad y el día en que la compras puede ser grande. En Europa el precio de mercado a veces incluso se vuelve negativo, así que la sobreproducción puede no beneficiar tampoco a la eléctrica
Nuestra casa tiene un techo pequeño, así que instalamos 1/3 de los paneles al este, 1/3 al oeste y 1/3 al sur. En teoría, si el techo fuera lo bastante grande, quizá convendría orientarlos todos al sur, pero como PG&E sigue cambiando las horas pico, la generación de la tarde da más créditos. Por eso, cuando ampliemos la casa, planeamos poner la mayoría de los paneles al oeste. También pensamos añadir aire acondicionado, así que esperamos que ayude a cubrir la demanda en horas pico
Yo también tengo muchos árboles grandes alrededor. Para calcular sombras me resultó muy útil SunCalc. Me sorprendió ver la longitud de las sombras en distintos momentos del año
La pregunta que todavía atormenta a los jugadores de Factorio: documento de wiki sobre la proporción óptima
Guardar la energía del verano para usarla en invierno es realmente muy ineficiente. Sería más económico sobreaprovisionar bastante los paneles solares para que incluso el promedio del invierno reciba suficiente energía. Eso sí, haría falta batería para unas 2 semanas de días nublados. El problema es que en el techo de una casa común no hay espacio para tantos paneles ni para una batería de 1 MWh
Si de verdad necesitas vivir fuera de la red, en inviernos de frío extremo, nubes y nieve al final necesitas un generador de combustibles fósiles. Fuera de eso, creo que basta con usar la red
Yo también vivo fuera de la red en el interior de California, y mis paneles son lo bastante grandes como para mantener funcionando el aire acondicionado mientras haya sol, pero en invierno apenas alcanzan para mover el ventilador de la calefacción a gas. Con 5 kW de paneles y 24 kWh de batería, la casa (1300 pies cuadrados) funciona bien todo el verano, pero en invierno, cuando se juntan días largos de lluvia intensa, la batería se vacía y tengo que cargar con generador. Las nubecitas del verano no son problema, pero las nubes de tormenta invernal reducen tanto el rendimiento de todos los paneles que ni siquiera alcanzan para hacer funcionar un refrigerador de 200 W
Una batería de 1 MWh en realidad no es tan grande. Hoy en día ya hay camiones eléctricos con baterías de 600 kWh, y solo eso cabe perfectamente en una esquina del sótano
Almacenar electricidad por temporadas es poco realista, pero con calor sí se puede. Ya existen complejos habitacionales en los Países Bajos que producen calor con electricidad barata del verano y lo almacenan en basalto enlace relacionado 1
wiki relacionada
Yo hice algo parecido. Opero una casa que consume 6000 kWh al año con 90 kWp de solar. Ampliar mucho los paneles solares fue muchísimo más barato que poner baterías caras (€90,000 en total). Hice yo mismo la instalación y los inversores, y solo llamé a un electricista para el trabajo de AC
Espero que las baterías LFP y de ion sodio pronto garanticen más de 5000 ciclos de vida útil (puede que ya existan). Incluso descargándolas por completo una vez al día, deberían durar más de 15 años; probablemente la degradación por calendario sea más rápida. Cuanto mayor sea la vida útil por ciclos, más baja será el LCOE del almacenamiento, y eso es lo más importante. Para cubrir periodos largos, lo ideal sería un sistema de respaldo de larga duración, como un generador diésel que funcione una o dos semanas al año. Sería aún mejor con V2G, 3 días de respaldo y un modo de emergencia de bajo consumo para la casa. También sería ideal instalar la mayor cantidad posible de solar pensando en la carga del invierno. No parece que la batería sea el factor que dispara el costo
A menos que vivas en un lugar con muy poco sol, creo que para respaldo de largo plazo es mejor un sistema solar de tamaño adecuado con interruptor de transferencia para apagones que comprar un generador diésel. Si el sistema está bien armado, durante un corte puede recargar la batería de día y operar fuera de la red por bastante tiempo. Un generador diésel tiene costos de mantenimiento acumulativos cada año y, en funcionamiento normal, no aporta ningún beneficio. La solar sí ayuda a bajar la factura eléctrica o incluso a generar ingresos. Claro, si vives en una zona muy oscura, este argumento tiene límites. También hay diferencias enormes entre hogares en el consumo eléctrico, sobre todo por calefacción y aire acondicionado; esa también es una variable clave
Como respaldo de larga duración, LNG/propano es muy superior al diésel. Si se usa regularmente, un generador a combustible CH4 acumula muchos menos residuos internos; los combustibles líquidos son sucios y se echan a perder con el tiempo. El diésel solo vale la pena si puedes absorber el costo
Para LFP se espera entre 8 mil y 12 mil ciclos, y para ion sodio entre 15 mil y 20 mil. Eso puede confirmarse tanto en garantías de fabricantes como en muchas fuentes
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Este artículo en realidad saca su conclusión usando el ejemplo de un ciclo anual para una batería de 1 MW. Incluso si queda algo de descarga después de la noche, si hablamos de unos cuantos kWh dentro de 1 MW, es algo ínfimo. Viéndolo solo por vida útil por ciclos, 5 mil ciclos significan que duraría 5 mil años (hasta que su capacidad baje a 0.8 MW). Como dijeron varios, la estabilidad química sigue mejorando, así que hoy 5 mil ciclos es más bien poco
Vivo en una casa fuera de la red en el suroeste de EE. UU., y con 4 kW de solar y 43 kWh de batería cubro el 100% de mis necesidades (incluyendo aire acondicionado). Hace poco, 43 kWh de batería con certificación UL costaban $5,400 incluyendo envío e impuestos. A ese precio, en la mayoría de las regiones es algo muy económico. Creo que los precios de algunos productos como Tesla Powerwall son ridículamente altos. Claro, en la instalación completa también van racks, cables, barras colectoras, breakers y otros materiales, pero el precio que digo es el de la caja de batería con BMS incluido
La proporción de generación frente a capacidad de almacenamiento parece demasiado baja. Me pregunto si tu consumo diario anda por 10–15 kWh y si sobredimensionaste la batería por el frío extremo. Solo quiero confirmar si entendí bien
Si sabes de algún proveedor que venda una batería UL de 43 kWh por $5,400, por favor compártelo
Me da curiosidad saber qué producto es esa batería que acabas de mencionar
Dijiste una batería UL por $5,400 con envío incluido; pregunto si la instalación la haces tú mismo (DIY) y si el costo de instalación va aparte
Los sistemas parecidos que yo he visto cuestan el doble de lo que mencionas aquí y tienen la mitad de capacidad. Tengo muchísima curiosidad por saber qué marca y modelo es
Si lo que buscas es solo cuadrar costos, al combinar paneles grandes con TOU (tarifas por horario), la batería necesaria se vuelve mucho más pequeña. Yo tengo 3 EV, 12.8 kWp de paneles y una batería de 10 kWh, y usando TOU (7 p/kWh por la noche, 27 p/kWh normal) junto con la venta estacional de excedentes (15 p/kWh), mi factura eléctrica sale negativa. Los números podrían cambiar si la generación se concentrara más en renovables, pero en la situación actual voy a llegar al punto de equilibrio mucho antes de lo previsto
Claramente no parece ser un lugar donde la expansión de renovables sea la prioridad. En EE. UU. más bien las renovables se tratan como si fueran el problema. Capaz que la administración pronto sale con algún plan para recuperar los subsidios a solar residencial y EV. Al fin y al cabo también tienen que cubrir esas deducciones fiscales
Yo también quise hacer este cálculo, pero como las empresas de energía no tenían una herramienta así, terminé creando mi propia calculadora
En el Reino Unido, este tipo de configuración me parece bastante impresionante. Yo voy por la ruta ahorradora y solo uso bicicleta eléctrica y tren, y como los trenes de Escocia también usan energía eólica, pensaba que estaba bien. Pero al hacer cuentas, aunque mi factura eléctrica está por debajo incluso del cargo fijo, mi gasto total sigue siendo mayor que el tuyo. El tren también sale más caro y, aunque últimamente por compensaciones logro hacer viajes de ida y vuelta por menos de £100 en promedio, esto me hace replantearme mis elecciones de vida. Me pregunto si la ruta del ahorro termina saliendo peor. Las tarifas de inyección y los subsidios del gobierno ya llevan tiempo difíciles, así que me di cuenta bastante tarde de que un EV da mucha más ventaja
A corto plazo, creo que basta con una batería buffer de 5 kWh para la punta de la tarde. Yo también empecé así antes de pasarme totalmente fuera de la red; como el 70% de mi factura eléctrica eran cargos fijos y además no pagaban nada por la energía sobrante, me decidí. Si llegara a aprobarse algo como una “conexión gratuita a la red”, creo que sería posible una estructura donde mañana deposites 10 kWh de “energía” y en el futuro recibas crédito por 5 kWh. Con una política así, creo que la demanda por solar crecería mucho más
Aunque inyectes 10 kWh cuando el precio de mercado de la energía está en su nivel más bajo, es difícil que te reconozcan 5 kWh en hora pico. En realidad sería algo del orden de 0.1 a 1 kWh. El modelo actual en mi zona es que el Estado asume la estabilidad de la red y a cambio cobra cargos fijos e impuestos. Dar créditos por la producción excedente termina siendo, desde la perspectiva del gobierno, básicamente un subsidio
Si una casa suburbana produce excedentes, el costo de mantenimiento de la red por persona se vuelve enorme por la distancia. Si se aplicara tu idea, el resultado sería que los dueños de casas suburbanas tendrían su conexión a la red subsidiada por los habitantes de departamentos. Las políticas iniciales de subsidio se hicieron desde una perspectiva política, no desde la lógica de la empresa eléctrica, y generaron demasiadas ilusiones para la gente. En la práctica, la electricidad es barata, pero la infraestructura es cara. Al final, lo razonable es maximizar el autoconsumo y pagar solo lo que falte
Si buscas “net metering” o NEM, verás que ya existe en muchos países
En vez de una batería más grande, me pregunto si no conviene más añadir paneles pensando en el invierno y simplemente desechar la sobreproducción el resto del año. Aun así, en la práctica quizá unas 2 semanas de almacenamiento sí sean realistas. Como los precios cambian mucho, hay que recalcular cada cierto tiempo y decidir viendo el estado del sistema
Como mencionaron algunos comentarios, en el Reino Unido donde vive el autor el problema es que simplemente no hay suficiente superficie de techo. En mi casa independiente apenas logré meter 14 paneles (14 × 465 W, orientados al este y sur), y para instalar 5 más me pedían un 40% extra, así que hay barreras muy reales. Añadir más paneles ayudaría a compensar la demanda pico de la tarde, pero parece que la empresa instaladora no quiere trabajar y por eso aplica ese aumento absurdo. En verano hubo días en que la producción superó el 100% del consumo diario, y si vendo ese excedente veraniego para usarlo en cargar la batería durante las noches de invierno, con la estructura tarifaria actual (24 p/kWh por venta, 15 p/kWh por carga) parece que sí saldrían las cuentas. Pero como es muy probable que los incentivos se reduzcan año con año, a futuro podría dejar de convenir
(Autor) Mi techo ya está completamente lleno por ambos lados. Si mejora la eficiencia de los paneles, la única opción sería reemplazarlos o instalar adicionales en una construcción aparte (refugio, cobertizo). En invierno, mientras los paneles no queden cubiertos de nieve, igual producen algo, pero para cubrir mi consumo habitual necesitarían ser 20 veces más eficientes
Depende de la región, pero en el centro-norte de Europa la producción real de los paneles entre septiembre y marzo está muy cerca de cero. El clima es nublado, los días son cortos y la propia luz solar casi no llega a la superficie
En mi zona también, en invierno, por la combinación de nubes, días cortos y ángulo de incidencia bajo, la producción solar cae casi a cero. No importa cuántos paneles agregues, no se sobrevive ese periodo solo con eso
Yo vivo en una zona aún más cercana al Ártico. La producción real de 2024 de mi sistema de 17.6 kWp (orientado al sur, 44 paneles) fue así:
mayo: 2494 kWh,
junio: 2323,
julio: 1915,
agosto: 1634,
septiembre: 1008,
octubre: 442,
noviembre: 185,
diciembre: 31,
enero: 43,
febrero: 335,
marzo: 980,
abril: 1510
No puedo evitar sentir que la solar residencial es una especie de engaño para trasladar a los consumidores la responsabilidad de la crisis climática. Parece obvio que el ROI de una gran planta fotovoltaica es mucho mejor que el de sistemas pequeños en hogares
Estoy de acuerdo en que el ROI de una planta grande es mejor que el de un hogar, pero la instalación distribuida en viviendas tiene la ventaja de desplegar una cantidad enorme de solar muy rápido a corto plazo (cientos de miles de personas pueden invertir de inmediato y cada una resuelve su terreno y su instalación). El gobierno consigue más capacidad solar sin invertir en suelo, financiamiento ni infraestructura de transmisión, así que también mejora el ROI a nivel país. Y en cuanto a la responsabilidad, creo que también es cierto que la mayoría de la sociedad perdió oportunidades de reducir emisiones por decisiones individuales, como seguir usando automóvil, así que es razonable que las personas carguen con parte de esa responsabilidad
Si miras la factura eléctrica, el costo de la red suele ser mayor que el costo real de generación. La solar local puede reducir la necesidad de expandir tanto la red a gran escala, lo cual es especialmente importante en países como EE. UU., donde políticamente es difícil ampliar la red. En EE. UU. la solar residencial solo es cara por el costo de instalación (en Australia es 3 a 5 veces más barata), pero su efectividad está bien demostrada. También hay que tener presente que la solar residencial es una amenaza estructural para las eléctricas, así que abundan los comentarios que en realidad defienden intereses del sector eléctrico más que ser análisis neutrales
La solar residencial no necesita terreno adicional y reduce la necesidad de nuevas líneas de transmisión y las pérdidas por transporte. También tiene ventajas por escala. Eso sí, las baterías podrían concentrarse en tamaño bodega cerca de los centros de demanda. Así se minimizan los costos de transmisión
Hay que impulsar tanto la solar industrial como la residencial. La fotovoltaica utility-scale es más barata comercialmente, pero la distribuida ofrece la mejor resiliencia frente a clima extremo y apagones (sobre todo con baterías). Después de experimentar varios cortes de zona, yo obtuve mucha tranquilidad gracias a este sistema, incluso pagando tarifas más altas. Con el tiempo, el efecto de seguro contra precios también es enorme
Esta generación distribuida es la mejor revolución porque no necesita permiso de nadie. No hay que subestimar el valor de la descentralización
Las redes eléctricas de los países desarrollados tienen bastante holgura gracias a que el consumo de electricidad ha bajado durante mucho tiempo. Según las estadísticas que vi, la demanda pico del Reino Unido cayó 30% respecto a su máximo histórico. Por eso, aunque con las renovables cambien las ubicaciones de fuentes y sumideros, de algún modo sigue habiendo capacidad para aguantarlo. Claro, si V2G se masifica, sí harían falta refuerzos en los extremos de la red, pero no parece un riesgo tan grave como se suele pensar
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Depende del caso. En la zona vecina ya se dejó de autorizar nuevos centros de datos porque la red está saturada. Por culpa de la IA se están anulando muchas de las ganancias de eficiencia acumuladas durante décadas
La capacidad actual está en el lugar equivocado. El Reino Unido cerró sus plantas de carbón en la zona central y las nuevas fuentes se concentran en la eólica marina del norte. Por eso están impulsando enlaces submarinos de transmisión HVDC en eje norte-sur
En algunas regiones de mi país, la capacidad de la red está limitando nuevas conexiones industriales
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Eso de que “las redes de los países desarrollados tienen holgura” en realidad aplica solo al Reino Unido y a algunos países desindustrializados. En EE. UU. y en otras partes de Europa, la demanda sigue subiendo de forma constante por la electrificación y la IA