Como dimensionar un banco baterías para FV off-grid

Dimensiona banco baterías para FV off-grid o backup UPS. Calcula capacidad Ah desde carga Wh, autonomia, profundidad descarga DoD, eficiencia. LiFePO4 vs AGM plomo.

Parámetros de cálculo
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Como dimensionar un banco de baterías: capacidad requerida C (Ah) = (E_diaria * N_autonomia) / (V_sistema * DoD * eta * f_T), donde E_diaria es consumo diario (Wh), N_autonomia dias sin recarga, V_sistema voltaje bus (12/24/48 V comunes), DoD profundidad descarga máxima (LiFePO4 0,90; AGM 0,50), eta eficiencia round-trip (LiFePO4 0,97; AGM 0,85), f_T factor corrección temperatura (0,95 a 0°C). Para FV off-grid IEC 61427: mínimo 3 dias autonomia zonas templadas, 5+ montana. UPS data center: 5-15 min runtime IEEE 1188. Esencial para diseno FV stand-alone, telecom backup, EV charging, almacenamiento residencial Powerwall/Sonnen/LG, nautica, RV camper.

Formula dimensionamiento

Ecuación fundamental: C_Ah = (E_diaria_Wh * N_autonomia) / (V_sistema * DoD * eta * f_T). Ejemplo: vivienda off-grid Andalucia 5 kWh/dia, autonomia 3 dias, 48V LiFePO4 (DoD=0,85, eta=0,95), f_T=1,0: C_Ah = 15000/38,76 = 387 Ah. Banco 48V, 387 Ah = 18,6 kWh. Modulos 200 Ah: 2 strings paralelo, 4 modulos 12V serie por string.

Profundidad descarga DoD: Litio LFP/NMC 80-95% sin degradación prematura; plomo AGM/Gel 30-50% para vida aceptable. UNE-EN 61427 FV recomienda DoD 50% plomo, 80% litio.

Eficiencia round-trip eta: LiFePO4 95-97%, NMC 92-95%, AGM 85-88%, plomo abierto 80-85%. Tier 1 (Tesla Powerwall, Sonnen) eta total 90-93%.

Factor temperatura f_T: litio capacidad cae 0°C 80%, -10°C 60%, -20°C 40%. Plomo similar. Zonas alpinas f_T 0,80-0,90. UNE-EN ISO 12405 testing baterías EV.

Configuración serie/paralelo: V_sistema = N_serie * V_modulo. C_total = N_paralelo * C_modulo. Strings paralelo requieren BMS sincronizado. Máximo 4 strings 48V litio, 8 AGM plomo.

Historia y contexto

Primera batería practica fue pila Volta (1800), seguida Plante (1859) plomo-ácido recargable. Edison nichel-hierro (1901). Sony comercializo primer litio-ion (1991), Yoshino-Whittingham-Goodenough Nobel Química 2019. Phadke et al (1996) CSIRO Australia comercializaron LiFePO4. BMS moderno (TI, NXP, Analog Devices) gestiona SoC, temperatura, cell balancing. Tesla Gigafactory Nevada 2016+ producción 100 GWh/ano. CATL y BYD China dominan LFP automotivo. Iberdrola, Endesa España invierten storage IEEE 1547. UE Battery Regulation 2023/1542 obliga reciclaje 50% materiales. Industria global storage > 600.000 millones USD/ano. UNE-EN 50272 seguridad instalación baterías estacionarias. CIEMAT, IDAE España investigación almacenamiento. NFPA 855 fire safety, IEC 62619 industrial.

Tabla tipologias baterías

  • LiFePO4 (LFP): 200 Wh/kg, DoD 90-95%, eta 97%, 5000-6000 ciclos
  • Li-Ion NMC: 230 Wh/kg, DoD 80-90%, eta 95%, 3000-5000 ciclos
  • Plomo AGM: 35 Wh/kg, DoD 30-50%, eta 85%, 1000-2000 ciclos
  • Plomo abierto: 30 Wh/kg, DoD 30-50%, eta 80%, manutención
  • Plomo Gel: 33 Wh/kg, DoD 30-50%, eta 85%, sin manutención
  • Sodium-ion CATL 2025: 160 Wh/kg, DoD 95%, eta 92%, alternativa LFP
  • Solid-state Toyota 2026: 400 Wh/kg, DoD 95% (investigación)
  • Tesla Powerwall 3: 13,5 kWh, 48V, NMC, MPPT integrado
  • BYD Blade: 100-200 Ah modulos LFP automotivo
  • Sonnen ecoLinx: 12-20 kWh modular, garantia 10 anos

Ejemplos numericos

Ejemplo 1 - vivienda off-grid Andalucia 5 kWh/dia. 48V LiFePO4, autonomia 3 dias, DoD 85%, eta 95%, f_T 1,0. C_Ah = 387 Ah = 18,6 kWh. 4x BYD B-Box LFP 12,8 kWh totales 51,2 kWh. IDAE incentivos.

Ejemplo 2 - refugio alpino 2.500 m. 3 kWh/dia, autonomia 5 dias, 24V AGM, DoD 0,50, f_T 0,80. C_Ah = 1838 Ah = 44 kWh. AENOR UNE-EN 50272.

Ejemplo 3 - UPS data center. 50 kW, 15 min = 12.500 Wh. 480V LiFePO4. C_Ah = 30,1 Ah. Vertiv Liebert APM. UNE-EN 62040 UPS.

Ejemplo 4 - vehiculo eléctrico SEAT urbano. 200 km range, 15 kWh/100km = 30 kWh. 400V Tesla, DoD 90%, eta 95%. C_Ah = 97,4 Ah. UN ECE R100 R136.

Ejemplo 5 - barco crucero 30ft Mediterraneo. 100 Ah/dia @ 12V = 1.200 Wh, autonomia 2 dias. AGM DoD 0,50. C_Ah = 470 Ah. 2x AGM 250 Ah paralelo. RINA, ISO 13297.

Limitaciones

  1. Capacidad Ah a 20h C/20; descarga rapida 70-80%.
  2. Calendar aging 1-3%/ano.
  3. Cycle aging SoH cae con ciclos.
  4. Temperatura óptima 15-25°C.
  5. BMS obligatorio litio.
  6. Cable sizing 3% drop NEC, IEC 60364.
  7. Fusing clase T litio, ANL plomo.
  8. Ventilación plomo H2 explosivo.
  9. UE Battery Regulation 2023 reciclaje 50%.
  10. Costos LFP 350-500€/kWh ROI 8-12 anos.

Errores comunes

  1. Subdimensionar DoD.
  2. Ignorar temperatura.
  3. Mezclar baterías nuevas y viejas.
  4. Mezclar litio y plomo.
  5. Conexiones paralelo asimetricas.
  6. BMS no instalado litio.
  7. Trascurar grado IP.
  8. Calcular DC en lado AC.
  9. No considerar standby inverter.
  10. Sobredimensionamiento >5 dias.

Aplicaciones practicas

  1. FV off-grid residencial: casas aisladas, IDAE incentivos.
  2. Storage residencial grid-tied: Tesla Powerwall, Sonnen, LG, BYD.
  3. Telecom backup: torres BTS Telefonica, Movistar, Vodafone.
  4. Data center UPS: Vertiv, Schneider APC, Eaton.
  5. EV charging: Iberdrola charging, Endesa X, Wallbox.
  6. Vehiculos electricos: Tesla, SEAT Cupra, Stellantis España.
  7. Nautica: Beneteau, Bavaria, ISO 13297.
  8. RV camper: Hymer, Adria, off-grid 12V/24V.
  9. Industrial: AGV vehiculos, robotica.
  10. Aeroespacial: ESA Sentinel, NASA Mars rovers.

Soporte

Preguntas: info@calcoi.com. Aplicaciones profesionales: UNE-EN IEC 61427, IEEE 1188, NFPA 855, UL 9540, UE Battery Regulation 2023/1542. Software Victron VRM, Tesla Solar Designer.

Actualizado a julio de 2026

Preguntas frecuentes

Diferencia entre capacidad nominal y util de batería?

Capacidad nominal (Ah o kWh) es valor de etiqueta medido a 20h discharge rate (C/20) a 25°C. Util = nominal * DoD efectivo. Ejemplo: LFP 100 Ah DoD 90% = 90 Ah util; AGM 100 Ah DoD 50% = 50 Ah util. Para kWh util equivalente, LFP 100 Ah 12V = 1,08 kWh util (1,2 nominal); AGM 100 Ah 12V = 0,6 kWh util. Siempre dimensionar sobre util, no nominal. UNE-EN 61427 FV recomienda DoD 50% plomo, 80% litio.

Que voltaje sistema elegir para banco baterías?

V mas alto reduce corriente para misma potencia, reduce sección cables (P=VI). 12V: pequenos sistemas 3000W (residencial, off-grid). Para storage residencial 48V dominante: BMS estándar, modulo 48V comun (Tesla Powerwall, BYD). >48V certificacion diferente (DC > 60V umbral baja tensión UNE-EN IEC 60038). EVs usan 400-800V para fast charge reduciendo perdidas I^2*R.

Cuantos dias autonomia para off-grid?

UNE-EN 61427 recomienda 3-5 dias autonomia zonas templadas (Andalucia, Valencia), 5-7 baja radiacion invernal (Pirineos, Asturias). 1-2 dias solo si generador diesel backup. >7 dias antieconomico: aging supera beneficio PV. Para casas secundarias 6 meses/ano: dimensionar caso peor enero +/- 30%. Software PVSyst, HOMER calculan loss-of-load probability LOL <5%. AENOR Norma Espanola UNE-EN 50272 instalacion baterías estacionarias.

LFP litio vs AGM plomo: cual conviene economicamente?

Coste inicial: plomo AGM 100-150€/kWh, LFP 350-500€/kWh (3x). Pero TCO 10 anos: LFP vence. AGM 1500 ciclos @ 50% DoD = 750 efectivos; LFP 5000 ciclos @ 90% DoD = 4500 efectivos. Coste por kWh-ciclo: AGM 0,20€, LFP 0,11€ (-45%). LFP sin mantenimiento, sin ventilacion, peso reducido. Para nuevas instalaciones LFP eleccion dominante. AGM aun valido para low-budget startup si reemplazo planificado. IDAE incentivos España.

Que pasa si sobrecargas una batería?

Litio: sobre V_max (LFP 3,65V/celda, NMC 4,2V/celda) hay lithium plating + dendrites, riesgo thermal runaway > 60°C, fuego NFPA 855. BMS interrumpe carga. Si BMS roto -> incendio (Boeing 787 grounding 2013, hoverboards 2015 ban). Plomo: sobrecarga genera H2 explosivo > 4%, ventilacion obligatoria (NFPA 70 art. 480). Sulfatacion cristales irreversibles. Siempre usar cargador correcto (litio CC-CV vs plomo float, equalize). UNE-EN IEC 62619 industrial safety.

Como gestionar mismatch SoC modulos paralelo?

BMS sincroniza intercambiando datos CAN bus entre modulos (Tesla, Victron, BYD). Cell balancing pasivo (resistencia shunt) o activo (carga-descarga capacitivo). Para nuevos modulos mismo brand mismo batch OK. Nunca paralelar litio diferentes (LFP+NMC tensión celda diferente). Para plomo: todos mismo brand, edad, SoH. Asimetria genera corrientes circulantes, sobrecalentamiento, fault BMS. Tesla regla: todos cables misma longitud entre modulos paralelo para minimizar resistencia diferencial.

Battery temperature management como hacerlo?

Litio: zona óptima 15-25°C; carga prohibida 40°C envejecimiento Arrhenius (Q10=2). Sistemas residenciales: HVAC garaje acondicionado, aislamiento. Tesla Powerwall tiene cooling activo integrado (hidronico). Para off-grid Pirineos: locale técnico calentado 5-15°C mínimo. EV battery thermal management top engineering challenge: TMS Tesla, BYD CTP cell-to-pack design. UNE-EN ISO 12405-4 thermal performance test EV. Bomba calor COP 3-4 eficiente.

Fórmula

C_Ah = (E_giornaliera * N_autonomia) / (V_sistema * DoD * eta * f_T)
12V (small), 24V (medium), 48V (residential), 400-800V (EV)
LFP 80-95%, AGM 30-50%, Gel 30-50%
LFP 97%, NMC 95%, AGM 85%, flooded 80%
f_T = 0.80-1.0 a seconda zona climatica
V_sistema = N_serie * V_modulo
C_totale = N_parallelo * C_modulo
IEC 61427 PV batteries; IEEE 1188 maintenance; NFPA 855 fire safety; UE Battery Reg 2023/1542

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