Comprender en la práctica cómo dimensionar los sistemas híbridos alimentados por baterías.

Presentando Yghor Corrêa – Director Comercial de Solextron Brasil

El mercado brasileño de la energía solar está experimentando una revolución silenciosa y extremadamente lucrativa: la era de las baterías. 

Si bien hasta hace poco el coste hacía que el almacenamiento fuera una tecnología menos viable en un mercado altamente sensible a los precios, el escenario actual presenta cambios significativos. 

Los precios se han desplomado y ahora se ofrecen baterías en Brasil a precios antes inimaginables.

Si combinamos esta drástica reducción de costos con nuestra alta irradiancia solar y menores costos operativos, llegamos a un dato sorprendente: el retorno de la inversión (ROI) de los sistemas alimentados por baterías en Brasil ya supera al de los países europeos desarrollados. Nos encontramos ante una oportunidad de oro para los integradores que sepan posicionarse ahora.

Un problema crucial en el desarrollo del mercado en Brasil hoy en día es la notoria falta de conocimiento sobre el dimensionamiento de los sistemas de baterías solares. 

Lamentablemente, hoy en día los integradores suelen estar expuestos a cursos de dimensionamiento de baterías basados ​​en simulaciones inexactas en hojas de cálculo de Excel. 

En lugar de seguir el ejemplo de los países desarrollados y promover el uso de herramientas profesionales, el mercado se está inclinando hacia la baja calidad.

Las dificultades para dimensionar las baterías son de dos tipos:

1. Es necesario contar con perfiles de consumo representativos, perfiles de tarifas eléctricas, perfiles de simulación de generación de energía solar de alta precisión, así como modelos físicos y eléctricos de baterías capaces de realizar rápidamente simulaciones dinámicas de carga y descarga por hora durante un período de 365 días. Toda esta información es imposible de generar y simular en una hoja de cálculo de Excel con un nivel de precisión aceptable.
2. Existen diferentes casos de uso para las baterías alimentadas por energía solar, con distintas operaciones (o distribución) y modelos de negocio, como la exportación limitada del excedente de energía solar, la limitación de las importaciones de energía de la red para maximizar el autoconsumo o evitar superar la demanda máxima contratada (reducción de picos), la cobertura del consumo durante las horas de tarifa máxima, la alimentación de respaldo/UPS y los sistemas aislados con o sin generador diésel. Esto requiere un control dinámico de la batería en función de los diferentes perfiles de generación solar, lo cual resulta imposible con una hoja de cálculo.

Hasta ahora, quienes buscaban capacitación profesional de alto nivel se habían encontrado con pocas herramientas extranjeras (como Homer o PVsol), que son extremadamente caras, lentas y complicadas de usar. Pero la buena noticia es que no tiene por qué ser así.

Para revolucionar este panorama, Solextron, desarrollada en Suiza, entró en el mercado junto con Belenergy como la única plataforma de diseño capaz de realizar un dimensionamiento preciso, rápido e inteligente. 

Todo esto combinado con un formato increíblemente fácil de usar, con entradas sencillas, una interfaz intuitiva y procesos totalmente adaptados a las normas y regulaciones comerciales del mercado brasileño. 

La plataforma utiliza inteligencia artificial para realizar cálculos muy complejos con extrema rapidez. En este artículo, demostraremos en la práctica cómo diseñar un sistema híbrido en Solextron.

El siguiente ejemplo, ejecutado en el simulador Solextron, presenta el dimensionamiento de un sistema solar de 8,3 kWp instalado en un edificio comercial en São Paulo. Para la simulación, se consideró un consumo anual de 10 000 kWh, utilizando un perfil de consumo residencial típico brasileño. 

Cabe destacar que el mayor consumo se produce durante la noche, algo típico en Brasil. La modalidad tarifaria considerada fue la tarifa blanca, con horas pico al final de la tarde.

Perfiles de energía sin batería

Antes de analizar el dimensionamiento de las baterías, es importante comprender la dinámica energética de una instalación solar. En la siguiente figura, se puede observar en naranja la generación típica de energía solar en un día soleado, en verde el perfil de consumo diario, en rojo el excedente de energía solar no consumida que se exporta a la red eléctrica, y en marrón la energía importada de la red cuando no hay generación solar.

A continuación, analizaremos esta misma unidad de consumo con batería en diferentes escenarios de aplicación.

Maximizar el autoconsumo y la inmunidad a las incertidumbres de la ley 14.300

Con el factor de simultaneidad actual y la posibilidad de revisar el sistema de compensación en 2029 (lo que podría reducir el valor de la energía exportada, como ha sucedido en países europeos), utilizar la red como una "batería virtual" podría resultar menos atractivo en el futuro. 

Dadas estas incertidumbres legales y arancelarias, el uso de baterías tiende a ser una alternativa estratégica para maximizar el autoconsumo.

La dinámica energética se presenta visualmente (como se muestra en la Figura 3): La batería (curva rosa) almacena el excedente de la generación solar no utilizada y lo descarga cuando el consumo supera la generación. 

Pero la pregunta clave que todo integrador debe responder en la mesa de negociación es: "¿Se ha dimensionado correctamente esta batería o el cliente está malgastando dinero?". 

Para responder a esta pregunta, la plataforma proporciona una comparación instantánea del escenario. como e sin La batería se basa en tres indicadores cruciales para cerrar el trato: el retorno de la inversión (ROI), la independencia de la red y el factor de utilización. 

El ROI indica cuánto tiempo se tarda en recuperar la inversión inicial, la independencia de la red muestra el porcentaje de energía solar que se consumirá, lo que indica el grado de autonomía en relación con la compañía eléctrica, y finalmente el factor de utilización sirve como indicador de un dimensionamiento adecuado. 

Mide la eficacia con la que se utiliza la batería, indicando cuántos ciclos de carga y descarga se producen al día. Un factor del 100 % significa un ciclo diario completo. Como regla general, los resultados superiores al 70 % indican un dimensionamiento eficiente, lo que garantiza que el cliente no haya comprado una batería cara que no utilice con frecuencia.

En el ejemplo analizado, si bien el retorno de la inversión (ROI) muestra un incremento natural de aproximadamente un año debido a la inclusión de la batería, el sistema mostró un incremento del 18 % en la independencia energética, utilizando el almacenamiento de manera eficiente durante todo el año.

Arbitraje tarifario: elige el precio de tu energía.

La tarifa blanca permite pagar menos durante los periodos de baja demanda y más durante los periodos de alta demanda. Esto también ocurre en otras modalidades tarifarias, como las de los consumidores del grupo A, por ejemplo. El problema es que la energía solar se genera durante el día, pero el mayor consumo, donde la tarifa punta es más alta, suele producirse por la noche. Además, el crédito por la energía generada durante las horas de baja demanda es menor que el de las horas punta, y la batería puede compensar esta diferencia. En este caso, la batería se carga con energía solar durante el día y se descarga por la noche durante las horas punta, generando los siguientes perfiles (Figura 4):

En este caso, la batería priorizó el almacenamiento de energía únicamente para cubrir las tarifas de máxima demanda, por lo que se utilizó menos, es decir, con un factor de utilización menor (73 %) y, en consecuencia, menor independencia de la red (43 %). Este es un ejemplo sencillo que utiliza el sistema que adoptamos como estándar para las pruebas presentadas aquí, pero la herramienta Solextron también puede realizar este tipo de análisis para consumidores del Grupo A, considerando las tarifas (que la plataforma ya carga automáticamente en función de la ubicación de la instalación) y permitiendo a los proyectos comerciales e industriales realizar cálculos precisos y obtener una rentabilidad atractiva en función de la diferencia tarifaria entre los periodos de máxima y mínima demanda.

1 - Expansión del negocio, sin penalizaciones por demanda con "Peak Shaving"

Las instalaciones con equipos de alta potencia deben pagar por un consumo máximo contratado para poder contar con la infraestructura necesaria de la red eléctrica. El problema radica en que, cuando la energía importada de la red supera el consumo contratado, la compañía eléctrica impone una multa al consumidor. Situaciones como la celebración de un gran evento en un centro comercial por la noche, el reinicio imprevisto de maquinaria en una línea de producción o incluso la ampliación de algún proceso de atención al cliente pueden exceder considerablemente su consumo habitual.

En el ejemplo, la demanda máxima se limitó a 2 kW para ilustrar el límite de consumo mencionado anteriormente. La Figura 5 muestra la descarga de la batería cuando la demanda supera el límite de 2 kW, demostrando con precisión el comportamiento en cualquier caso que se ajuste a este escenario de "reducción de picos". Resuelva los problemas de limitación de red o penalizaciones constantes de su cliente con el enfoque adecuado. La tabla a continuación muestra los indicadores ya explicados para este caso, nuevamente con el dimensionamiento correcto basado en el factor de utilización.

2- Las baterías como aliadas contra el flujo inverso

En el 2024 ANEEL El gobierno brasileño aprobó la Ordenanza REN n.° 1.098/2024, que exige estudios de flujo inverso para unidades consumidoras con más de 7,5 kWp instalados. Estos proyectos pueden ser rechazados si no cumplen con los límites permitidos para la inyección a la red, que en muchos casos pueden ser cero. Los rechazos ya ocurren diariamente en varios estados brasileños, y en este caso, el objetivo de la batería es maximizar el autoconsumo para intentar reducir la exportación de energía a la red, como se muestra en la Figura 6 para la unidad consumidora con una y dos baterías. 

En esta estrategia, el modo "cero exportación" o "cero red" del inversor actúa como aliado, evitando que el 100% de la energía se exporte a la red, mientras que la batería cumple su función de proporcionar más energía a un menor coste, ya que aumenta el autoconsumo de energía solar. El modo "cero red" debe seleccionarse en el inversor porque, debido a las variaciones en la generación solar entre invierno y verano, es imposible evitar el 100% de la exportación a la red utilizando únicamente la batería. Si bien la batería reduce significativamente la exportación, el sistema se vuelve más caro, aumentando el tiempo de retorno de la inversión (ROI), así como la independencia de la red, mientras que el factor de utilización disminuye, lo que indica que la segunda batería comienza a sobredimensionar el sistema.

3. Asegure el suministro eléctrico de sus clientes con sistemas de respaldo y UPS.

Varias regiones de Brasil sufren inestabilidad en la red eléctrica, en algunos casos a diario. Los sistemas alimentados por baterías pueden utilizarse como protección contra los cortes de energía, aumentando la comodidad y la resiliencia de los consumidores con respecto a la red. Esto es fundamental para los establecimientos comerciales e industriales, que sufren pérdidas financieras e incluso pueden verse imposibilitados de operar o perder suministros valiosos cuando se interrumpe el suministro eléctrico. La siguiente simulación asume un período de corte de energía entre las 16:00 y las 20:00, generalmente proporcionado por la compañía eléctrica con base en la frecuencia estadística. 

Para fines de respaldo, es importante un nuevo indicador, el servicio de horas prioritarias Esto corresponde al porcentaje de horas cubiertas por la batería en relación con el período de interrupción del suministro eléctrico. Los resultados que se muestran a continuación indican que solo dos baterías pueden cubrir prácticamente todas las horas críticas, que es el dimensionamiento de batería recomendado para este caso. Cabe destacar que el retorno de la inversión (ROI) aumenta debido al costo adicional de las baterías, pero los costos asociados con el tiempo de inactividad de la producción, la pérdida de clientes y la pérdida de materias primas pueden agregarse fácilmente a esta ecuación durante las negociaciones comerciales para ofrecer valor y seguridad a su cliente, lo que convierte el aumento de costos en un detalle menor en comparación con los beneficios.

4- Batería para sistemas aislados con generador diésel

En instalaciones aisladas, generalmente rurales y sin acceso a la red eléctrica, la energía solar combinada con baterías puede ser un recurso valioso, proporcionando energía para las actividades diarias. Al igual que con la energía de respaldo, es necesario especificar los períodos en que el propietario necesita energía (es decir, las horas prioritarias), pero en este caso, la opción de "carga desde la red" debe estar desactivada. Si bien ya sabemos por el ejemplo anterior que dos baterías pueden cubrir casi todas las horas prioritarias, dos nuevos indicadores cobran relevancia: déficit energético que debe estar cubierto por el generador diésel y el pérdida solar total Esto se refiere a la energía solar que no se utilizará para el consumo y que termina siendo suprimida por el inversor solar. 

Ahora se observa que el propietario ahorra aproximadamente un 37 % en diésel que necesitaría sin el uso de baterías para cubrir las horas críticas, y se pierde menos energía solar. Esto no significa necesariamente que sea posible reducir la capacidad solar instalada, ya que existen variaciones horarias y estacionales en la generación y el consumo que pueden provocar escasez de energía para el consumo o el agotamiento de la batería, pero demuestra que la batería puede ser útil incluso en los casos más extremos y reducir los costos operativos del cliente.

Los cálculos reales para sistemas de almacenamiento de baterías requieren modelos físicos, eléctricos y financieros sumamente complejos. Diseñar equipos que cuestan miles de dólares utilizando cursos de simulación para aficionados o hojas de cálculo de Excel es como jugar a ciegas con el dinero de su cliente.

Los integradores brasileños pueden (y deben) acceder a las mejores tecnologías del mercado. Solextron, en alianza estratégica con Belenergy, ofrece la solución de diseño líder a nivel mundial: sólida en sus cálculos, a la vez que increíblemente intuitiva y rápida en la ejecución de proyectos.

Da el salto tecnológico definitivo para tu empresa. Presenta propuestas irrefutables, garantiza instalaciones impecables y vende mucho más, transmitiendo autoridad y precisión. ¡Descubre hoy la plataforma Solextron y prepárate para liderar la revolución de las baterías en Brasil con nosotros! 

Las opiniones e información expresada son responsabilidad exclusiva del autor y no necesariamente representan la posición oficial del autor. Canal solares.