Solar + Armazenamento: Categorias de baterias para sistemas solares

Kiesse Sita-Kengue

Os sistemas de armazenamento de energia por bateria (BESS) são as melhores soluções para a resiliência da micro-rede? Se você estiver interessado em juntar energia solar com baterias para alimentar seus edifícios comerciais ou industriais, leia …

Ouvimos falar deles em toda parte: as baterias já revolucionaram várias indústrias: dos smartphones aos laptops e à indústria automobilística, elas agora moldam o futuro da indústria de energia renovável. As baterias podem agora evitar altos custos de energia ou permitir que você corte definitivamente dependência da rede da concessionária.

O sistema Solar + Armazenamento esta adequado para seu sitio? Para a maioria dos edifícios industriais e comerciais equipados com um sistema solar e ligados a uma rede elétrica local onde tem um serviço consistente, com poucas ou nenhumas quedas de energia, uma bateria pode não ser necessária. A adição de energia solar no(s) gerador(es) diesel existente(s) será suficiente.

Entretanto, nem todos têm acesso a uma rede de energia confiável. Além disso, para locais que têm que permanecer fora da rede ou locais totalmente isolados, a única solução é confiar em seu próprio sistema de produção de energia. Adicionar um sistema Solar + Storage ao(s) gerador(es) diesel existente(s) não só o tornará menos dependente da rede, mas também evitará quedas de energia se o BESS escolhido tiver uma funcionalidade UPS. A confiança total nos geradores a diesel pode ser uma aposta arriscada, em um contexto de preços voláteis do combustível; investir em um BESS pode ser a melhor solução. Entretanto, isto requer que sua instalação esteja equipada com um Sistema de Gerenciamento de Energia (EMS) como o Elum Energy ePowercontrol MC.

Um EMS é um conjunto de ferramentas digitais para monitorar, controlar e otimizar o desempenho da rede elétrica. Tudo isso assegurando seu bom funcionamento. – 

Seu sistema Solar + Armazenamento + (geradores diesel) equipado com um EMS garantirá que seu sistema funcione com a mais alta eficiência, economizando ainda mais nos custos de combustível ao maximizar a penetração solar. 

Integrar um sistema de armazenamento de energia por bateria em um sistema solar (+ diesel) não é tão fácil quanto parece. Alguns produtos químicos funcionam melhor em certos ambientes e casos de uso.

Quais tipos de baterias a escolher?

Existem vários modelos de baterias capazes de armazenar energia solar; cada um vem com suas vantagens e desvantagens. Existem quatro tipos de baterias usadas principalmente para aplicações de armazenamento de energia solar. Abaixo está um resumo das tecnologias mais confiáveis atualmente no mercado:

  1. Lítio-íon (LMO, NMC, NCA, LFP)
  2. Ácido de chumbo (Flooded, VRLA) 
  3. À base de níquel (NiCd)
  4. Fluxo (RFB, HFB)

Lítio-íon

As baterias de íons de lítio estão evoluindo à medida que a indústria de automóveis elétricos está impulsionando seu desenvolvimento tanto em tecnologia quanto em custos. Existem 4 tipos principais de baterias de íons de lítio freqüentemente usadas para aplicações de armazenamento de baterias solares em larga escala :

Óxido de Manganês de Lítio (LMO)

+ carga rápida

– só recentemente entrou no mercado de C&I

Óxido de Cobalto de Lítio e Níquel Manganês (NMC)

+ alta energia específica

– só recentemente entrou no mercado de C&I

Óxido de alumínio lítio/níquel-cobalto (NCA)

+ alta energia específica e mais estabilidade

– relativamente novo

Fosfato de Lítio e Ferro (LFP)

+ longa vida útil do ciclo, não requerem ventilação ou resfriamento

– risco de fuga térmica 

Essas baterias têm alta densidade de energia e uma auto-descarga bastante baixa. Elas não precisam de uma carga nova e prolongada quando uma nova carga é suficiente”. As baterias de íons de lítio são, em geral, de baixa manutenção e uma descarga periódica não é necessária.

Entretanto, a maioria delas ainda são comparativamente caras de fabricação e estão sujeitas ao envelhecimento, mesmo não sendo usadas e restrições de transporte. Elas também exigem um circuito de proteção para manter a tensão e a corrente dentro dos limites.

Ácido de chumbo

As baterias de chumbo ácido são baratas, seus preços variam entre 382$ e 399$, e têm a menor taxa de auto-descarga entre as baterias recarregáveis apresentadas aqui. Elas também têm alta potência específica e são capazes de altas correntes de descarga. Entretanto, elas carregam lentamente (14+ horas) e têm uma energia específica baixa. Sua já limitada vida útil de ciclo pode ser reduzida por ciclos repetidos de ciclos profundos. Além disso, elas não são ecologicamente corretas. Se não forem descartadas adequadamente, as baterias de chumbo ácido podem contaminar o meio ambiente e ser uma ameaça à saúde humana e à natureza, pois seus dois principais componentes são o ácido sulfúrico e o chumbo. As baterias de chumbo-ácido são conhecidas por serem confiáveis e baratas. Estas baterias são pesadas por causa de seus materiais e relativamente ineficientes quanto à sua carga e descarga em comparação com outras baterias.

Inundadas

+ confiável

– requer irrigação, restrições de transporte, precisa de ventilação

Válvula de chumbo-ácido regulado (VRLA)

+ válvulas para regular a desativação de gases, com pouca ou nenhuma manutenção, podem ser instaladas em aplicações de difícil acesso

– sensível à temperatura

O VRLA pode ser separado em duas categorias: tapete de vidro absorvido (AGM) e gel. O gel tem melhor desempenho em temperaturas quentes e o AGM em temperaturas mais frias.

À base de níquel

As baterias à base de níquel têm sido utilizadas em projetos de armazenamento de energia em larga escala, pois têm um bom desempenho em todos os tipos de temperaturas. O níquel-cádmio (NiCd) é a tecnologia de baterias à base de níquel mais comumente utilizada. Elas são mais adequadas para instalação fora da rede, pois são um sistema de backup confiável e não requerem manutenção regular, mas a falta de manutenção reduzirá sua contagem de ciclos.

Níquel-Cádmio (NiCd)

+ longa vida útil do ciclo, não requerem ventilação ou resfriamento

– risco de fuga térmica

As baterias de níquel-cádmio estão disponíveis em uma ampla gama de tamanhos e opções de desempenho e podem ser armazenadas em estado descarregado, uma vez que têm uma longa vida útil. Elas têm um desempenho de carga muito bom e não estão sujeitas a controle regulatório. O NiCd tem o menor custo por ciclo em comparação com os 3 outros tipos de baterias apresentados. Entretanto, eles têm baixa energia específica em comparação com os sistemas mais novos e têm uma alta auto-descarga. Elas também estão sujeitas a efeitos de memória e a baixa voltagem das células dessas baterias significa que muitas células são necessárias para atingir alta voltagem. Além disso, o cádmio é um metal tóxico que faz deste tipo de bateria uma das menos ecologicamente corretas juntamente com as baterias de chumbo-ácido.

Fluxo

As baterias de fluxo são comparativamente novas para o mercado de armazenamento de baterias, embora a tecnologia tenha sido utilizada durante anos. Elas são chamadas baterias de fluxo porque têm uma solução à base de água de brometo de zinco dentro delas. Elas têm maior flexibilidade de projeto, permitindo assim uma maior combinação entre capacidade de armazenamento e capacidade de saída de energia.

Baterias de fluxo Redox (RFB)

+ tecnologia flexível de armazenamento de energia

baixa densidade energética, cara, muito grande

Baterias de fluxo híbrido

+ tecnologia flexível de armazenamento de energia

baixas taxas de carga e descarga, caras, muito grandes

Em vez de adicionar mais baterias a um sistema de armazenamento para aumentar sua capacidade, as baterias de fluxo só precisam de mais líquido eletrolítico. Este eletrólito pode ser reabastecido a qualquer momento sem interromper a saída de energia. A célula eletroquímica pode fornecer energia desde que a solução do eletrólito esteja disponível.

Decidir sobre a tecnologia de armazenamento da bateria terá impacto em todo o uso e longevidade do sistema de energia. Como vimos, as baterias de chumbo-ácido são mais confiáveis e têm sido usadas por décadas, mas não são tão flexíveis ou eficientes como as outras baterias mostradas acima. Definitivamente não é fácil escolher um armazenamento de bateria ou o EMS certo que funcionará com ela. Após escolher o tipo de bateria, é necessário dimensionar adequadamente sua frota de baterias e encontrar um EMS compatível. ePowercontrol MC é totalmente compatível com a maioria das baterias no mercado e será facilmente integrado ao seu sistema solar + de armazenamento.

Não hesite em nos contatar para obter mais informações sobre o gerenciamento de sistemas solares + de armazenamento com um EMS.