Qual a importância no armazenamento de energia em ambientes fora da rede?
Os sistemas elétricos devem fornecer, necessariamente, constância, equilíbrio, confiabilidade e qualidade (mantendo tensão e frequência constantes) aos clientes, sem interrupções nem danos potenciais aos aparelhos elétricos.
Os ambientes de consumo fora da rede são especialmente sensíveis, pois a geração de energia varia de acordo com condições externas, como sol, vento ou disponibilidade de conexão à rede. Consequentemente, em alguns momentos, a produção de energia supera a demanda, enquanto em outros, a produção é menor do que a demanda ou simplesmente não há produção.
Para suprir essa lacuna, proporcionando um equilíbrio entre a demanda e a oferta, o armazenamento de energia é necessário – especialmente em locais remotos ou fora da rede, por exemplo, embarcações e motorhomes.
De acordo com a Agência Internacional de Energia (IEA, na sigla em inglês), as perspectivas indicam que a necessidade de armazenamento de energia aumentará, precisando suprir demandas energéticas equivalentes a dias (até semanas!), num futuro não muito distante. Segundo estimativas, até 2030, a necessidade de armazenamento de energia vai triplicar.
Além disso, o armazenamento de energia pode ajudar na estabilização da rede e a tornar o sistema de rede mais eficiente (você pode saber mais sobre esse tema neste post do Blog Technomaster).
Armazenar energia elétrica é um mecanismo chave para fornecer eletricidade com: confiabilidade, equilíbrio entre oferta (geração) e demanda (consumo), segurança e eficiência do sistema aumentados, redução de apagões e, ainda, redução da emissão de dioxido de carbono.
É claro que o armazenamento de energia elétrica não é um assunto simples, sendo necessários dispositivos e mecanismos adequados para essa finalidade, os quais estão sendo amplamente pesquisados, resultando em aprimoramentos e inovações.
Segundo o Conselho Mundial de Energia, as inovações na área têm contribuído para o aumento contínuo e exponencial da capacidade de armazenamento, a um custo cada vez menor.
O armazenamento de energia é vital para embarcações e motorhomes, que dependem principalmente de energia armazenada, em bancos de baterias, para uso nos momentos em que estão desconectados da rede ou para suprir necessidades específicas da instalação.
Nesse contexto, é imperativo aos usuários estarem cientes de alguns aspectos importantes, desde a hora da escolha do banco de baterias até o cuidado permanente no uso e manutenção.
É fundamental a atenção à capacidade de armazenamento frente à necessidade de consumo, as faixas de potência em que irá operar, a autonomia requerida, a profundidade de descarga, a vida útil (geralmente medida em ciclos de carga/descarga além do impacto da profundidade da descarga e da qualidade da carga).
As baterias mais utilizadas no mercado são as de Chumbo-Ácido e Íon-Lítio.
Baterias de Chumbo-Ácido
As baterias de chumbo-ácido consistem em um eletrodo positivo de dióxido de chumbo (PbO2), um eletrodo negativo de Chumbo (Pb) e um eletrólito composto por ácido sulfúrico (H2SO4), daí o nome chumbo-ácido. São as mais populares e utilizadas no mercado, graças à sua confiabilidade, segurança e relação custo-benefício.
No estágio de descarga da bateria, o eletrodo positivo de dióxido de chumbo e o eletrodo negativo de chumbo são convertidos em sulfato de chumbo (PbSO4) e consomem os íons sulfato, reduzindo a densidade específica do eletrólito e ficando mais próximos da água. O eletrodo positivo é o principal fator no desempenho e na vida útil de uma bateria de chumbo-ácido.
Esses bancos de baterias requerem procedimentos de manutenção cuidadosos para:
- Impedir a formação de grandes cristais de sulfato, que reduzem a capacidade geral da bateria;
- Gerenciar as descargas, para que não sejam excessivamente profundas, nem permaneçam descarregadas por períodos prolongados, objetivando a otimização da sua vida útil.
Alguns cuidados podem colaborar para a maior eficiência e durabilidade das baterias, como por exemplo:
- Carregar o banco de baterias com um carregador adequado, que atenda aos requisitos de carregamento indicados pelo fabricante, que forneça energia em corrente contínua de qualidade e com uma boa filtragem (baixo RIPPEL), possuindo, ainda, controles precisos de corrente e tensão;
- Nunca descarregar o banco de baterias além da tensão de corte;
- Manter o banco de baterias ventilado para evitar o superaquecimento, pois seus efeitos deterioram a vida útil significativamente;
- Não sobrecarregar o banco de baterias, utilizando um bom carregador que entra em estado de flutuação no momento preciso;
- Manter o banco de baterias sempre limpo.
Baterias de Íon-Lítio
As baterias de íon-lítio possuem um eletrodo positivo formado por um óxido ou fosfato metálico de lítio (Li), um eletrodo negativo composto de carbono grafite (normalmente em camadas) e o eletrólito, que tipicamente é formado por um sal condutor em uma solução líquida orgânica ou um polímero condutor. Na descarga, os íons de lítio fluem entre as camadas de carbono no eletrodo negativo e as camadas de óxido no eletrodo positivo através do eletrólito. Durante a carga, esse processo é inverso.
As baterias de lítio possuem alta potência e energia, quando comparadas aos outros sistemas de armazenamento. Seu tempo de resposta é rápido, além de apresentarem baixas taxas de autodescarga e alta eficiência de ciclo.
Uma desvantagem desta tecnologia é a degradação das células em altas temperaturas, bem como a possibilidade de explosões quando submetidas a sobrecargas. Em função dessas características é altamente recomendado o uso de dispositivos de controle para assegurar as condições seguras de operação, evitando exposição a riscos.
São pontos importantes a considerar nos cuidados com os bancos de baterias de lítio:
- Evitar descargas profundas;
- Usar um bom carregador de baterias que forneça energia em corrente contínua de qualidade e com uma boa filtragem (baixo RIPPEL) e que possua controles precisos de corrente e tensão;
- Manter o banco de baterias em ambiente ventilado e protegido de altas temperaturas.
Baterias são muito mais sensíveis aos efeitos térmicos. Por exemplo, a temperatura recomendada para funcionamento da bateria tipo VRLA é de 25° C e a cada 8° C de acréscimo de temperatura a sua durabilidade é reduzida pela metade. Nessas condições, uma VRLA que se propõe a durar 10 anos a 25° C, só funciona por 5 anos, se operando a 33° C. Esta mesma bateria só iria durar um pouco mais de dois anos a uma temperatura de 41° C (Fonte: Moura Baterias).
Cada tipo de bateria possui características próprias, tanto elétricas, quanto químicas, e é importante compreender o seu funcionamento. Ao planejar o banco de baterias para um motorhome, embarcação ou sistema de energia solar, alguns aspectos devem ser levados em consideração, tais como:
- Capacidade da bateria: é a medida da capacidade que uma bateria possui para armazenar energia elétrica, dada por Ah;
- Taxa de carga/descarga: é a corrente de carga/descarga utilizada. Está relacionada com a razão entre a capacidade máxima da bateria e o período de carga/descarga em horas;
- Estado de carga: é o percentual de energia armazenada na bateria em relação à bateria completamente carregada;
- Profundidade de descarga: é o percentual de energia da bateria que foi utilizada, em relação à bateria completamente carregada;
- Tensão de corte: é a menor tensão que a bateria pode operar, de acordo com a recomendação de cada fabricante. Note que, no caso da bateria ser submetida a níveis de tensão abaixo da tensão de corte, pode levar a degradação das células, reduzindo o tempo de vida útil;
- Vida útil: O tempo de vida útil de uma bateria é o tempo em que a capacidade efetiva da bateria atinge 80% de sua capacidade nominal;
- Resistência interna: é a resistência elétrica encontrada pela corrente através da bateria. Vários fatores provocam o aumento da resistência interna da bateria, estando entre eles a sulfatação, a temperatura, a descarga profunda e o tempo de uso;
- Tensão de circuito aberto: é definida como a tensão medida nos terminais da bateria quando não há carga conectada a ela;
- Autodescarga: é o processo no qual a bateria se descarrega, mesmo sem que haja conexão a ela.
Para garantir uma boa aplicação e otimização do sistema de armazenamento de energia, deve-se buscar um banco de baterias capaz de suprir a demanda de potência, que possua alta confiabilidade, ciclo de vida longo, alta eficiência elétrica e alta taxa de carga e descarga.
Outro aspecto de suma importância a ser considerado é que cada aplicação tem necessidades distintas e demanda um tipo de bateria específica.
Por exemplo, no caso de necessidade de partida de motores, situação em que é exigido altas quantidades de energia em um curtíssimo espaço de tempo, é preciso estar atento a capacidade de fornecimento de corrente de partida. Caso a capacidade do banco de baterias for inferior à demanda, poderá danificá-lo, a ponto de levar à explosão do moto, em casos extremos.
Os carregadores Technomaster são projetados para os diversos sistemas de baterias, respeitando os ciclos de carga e flutuação, podendo ser configurados e ajustados para cada necessidade, além de serem compatíveis com baterias de lítio.
Nossa linha conta com Inversores Solares, Inversores/Carregadores e Controladores de Carga. Saiba mais sobre eles clicando aqui.
