Armazenamento de Energia Solar Fotovoltaica: Guia Para o Uso de Baterias Solares

armazenamento de energia solar fotovoltaica _ capa blog

O armazenamento de energia solar fotovoltaica é feito através do uso de baterias, que variam de tipo conforme a tecnologia da qual são feitas, algumas já disponíveis no mercado brasileiro. Seu uso pode ser feito tanto em sistemas isolados da rede como em sistemas híbridos On-Grid . Veja os detalhes.

A grande oferta de luz solar disponível em todo o Brasil consolidou os sistemas fotovoltaicos como a solução perfeita para quem deseja gerar a própria energia.

Capazes de atender todo o consumo de um imóvel (seja uma casa, empresa, agronegócio, etc) eles permitem obter uma economia de até 95% na conta de luz.

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No entanto, a intermitência dessa fonte obriga os consumidores a manterem seus sistemas conectados à rede, de onde puxam a energia durante o período noturno.

Além disso, por determinação das regras de geração distribuída, esses geradores contam com sistemas de autodesligamento em caso de queda da energia da rede.

Embora seja uma medida de segurança necessária, isso faz com que o “prosumidor” (como são chamados os consumidores de energia que também são produtores) continue sujeito à falta de energia.

Mas tudo isso pode ser resolvido com o armazenamento de energia solar fotovoltaica, solução que está cada vez mais próxima dos brasileiros.

Neste artigo, você irá conhecer:

  • Como é feito o armazenamento de energia solar fotovoltaica em baterias,
  • Quais os modelos disponíveis dessas baterias;
  • Quais as configurações de sistemas fotovoltaicos que utilizam essa tecnologia.

Veja tudo isso aqui 👇

Como é feito o armazenamento de energia solar fotovoltaica?

Chamamos de energia solar fotovoltaica a energia elétrica gerada através de placas solares e, como tal, ela possui caráter instantâneo.

Isto é, ou a energia é consumida imediatamente após ser gerada ou ela deve ser armazenada para um consumo posterior.

E, do mesmo modo que qualquer outro tipo de energia elétrica, o armazenamento da energia solar fotovoltaica é feito através de baterias.

Entretanto, a forma como a energia solar é armazenada difere em cada tipo de configuração de sistema fotovoltaico. 

Tipos de sistemas com armazenamento de energia solar fotovoltaica

Existem dois tipos de configurações de sistemas fotovoltaicos que utilizam o armazenamento em bateria solar:

Sistema fotovoltaico Off-Grid

Do inglês, fora da rede. Ou seja, são os sistemas que não estão conectados à rede, sendo que toda a energia consumida no imóvel deve ser gerada e armazenada pelo mesmo.

Nesses sistemas, a energia elétrica gerada em corrente contínua (CC) pelo painel solar passa pelo inversor e é convertida em corrente alternada (CA).

Após isso, a energia é enviada diretamente para o banco de baterias, passando pelo controlador de carga, aparelho que gerencia a melhor distribuição da energia entre as baterias

Somente depois é que essa energia é utilizada para alimentar a demanda do imóvel.

Vantagens:

A principal (e única) vantagem dos sistemas Off Grid é que eles permitem uma total independência da rede elétrica da distribuidora.

Ou seja, sem relógio medidor, sem contas de luz.

Desvantagens:

Por outro lado, sistemas isolados possuem custo de implantação muito mais alto do que as instalações On-Grid, exatamente por conta do alto custo do banco de baterias necessário.

Dessa forma, sua aplicação é recomendada somente para propriedades rurais sem acesso à rede elétrica, como alternativa para geradores a diesel.

Ainda por cima, as baterias atualmente utilizadas no Brasil (chumbo-ácido), possuem vida útil bem inferior ao painel solar, sendo necessário a troca delas de tempos em tempos.

Sistema fotovoltaico híbrido – Nobreak Solar

Um sistema fotovoltaico híbrido nada mais é do que uma configuração de sistema conectado à rede (On-Grid) com uso de bateria.

Contudo, aqui a energia da rede elétrica só é utilizada em último caso, sendo priorizada a energia gerada pelas placas ou aquela armazenada na bateria.

Nesses sistemas, a energia gerada em CC pelo painel solar, e convertida em CA pelo inversor, é enviada ao quadro de luz e distribuída para o imóvel.

A energia excedente é então enviada para a bateria solar e, após completar sua carga, o restante passa a ser injetado na rede elétrica, gerando os créditos energéticos.

À noite, após a carga da bateria terminar, o sistema começa a utilizar a energia da rede elétrica para alimentar o imóvel.

Vantagens:

Seu custo é menor em relação aos sistemas isolados, pois não necessitam de muitas baterias.

Permite o uso da energia solar armazenada em horários de ponta, quando o custo da energia da distribuidora é mais caro.

Da mesma forma, a energia da bateria é utilizada em momentos de queda da rede, permitindo a autossuficiência do imóvel até que o serviço da rede seja restabelecido.

Desvantagens:

O imóvel continua dependente da rede elétrica e, mesmo zerando o consumo de energia da distribuidora, você continua pagando pela taxa mínima de luz.

Quantas baterias são necessárias?

A quantidade de baterias utilizadas é calculada conforme a capacidade de cada modelo e de acordo com a carga de energia que se pretende armazenar.

Em sistemas fotovoltaicos isolados da rede (Off Grid), o banco de baterias deve ser calculado de forma que consiga suprir todo o consumo do imóvel.

Esse dimensionamento deve ser muito bem realizado levando-se em conta a média de radiação solar na localidade onde se encontra o imóvel.

Só assim as baterias conseguiram suprir a energia consumida no imóvel, seja durante a noite ou em dias nublados/chuvosos, quando o painel solar gera menor quantidade de energia.

Já em sistemas híbridos, ligados à rede elétrica, a bateria funciona como um no-break, provendo energia em caso de queda da rede e, portanto, não precisa armazenar uma carga tão grande.

Tipos de bateria para armazenamento de energia solar fotovoltaica

Existem 4 tipos principais de baterias solares, cada qual utilizando uma tecnologia diferente e com uma variedade de subtipos.

Saiba mais sobre cada uma delas abaixo:

Bateria de chumbo-ácido

Inventada pelo francês Gaston Planté, em 1859, a tecnologia da bateria de chumbo-ácido é bem antiga, mas até hoje é utilizada em automóveis.

armazenamento de energia solar fotovoltaica _ bateria de chumbo-ácido
Bateria estacionária de chumbo-ácido

Até muito recentemente, essa era a única tecnologia de bateria disponível para o armazenamento de energia solar fotovoltaica.

No entanto, os modelos de bateria de chumbo-ácido específicos para sistemas solares costumam ser maiores, com capacidade de armazenamento superior.

Mesmo assim, geralmente é necessário que se calcule um banco dessas baterias para que consigam armazenar a energia consumida à noite por uma residência isolada da rede.

Além disso, as baterias de chumbo-ácido apresentam muitas desvantagens, como:

  • Ocupam muito espaço e costumam emitir gás hidrogênio, necessitando de local próprio e adequado para armazenamento.
  • Vida útil baixa (1000-3000 ciclos), resultando em apenas 2 a 8 anos, no máximo, conforme a quantidade de recargas diárias.
  • Profundidade de descarga de cerca de 60%, ou seja, você só pode usar 60% de sua capacidade, caso contrário prejudica a vida útil.
  • Seu desempenho e vida útil são prejudicados em ambientes com temperatura acima de 20 ºC , algo fácil para sistemas instalados no Brasil, necessitando ser armazenadas em galpões climatizados.

Portanto, mesmo que seja o tipo mais encontrado no Brasil, a bateria de chumbo-ácido é recomendada somente para sistemas isolados da rede.

Bateria de íon de lítio

Há muito tempo que a tecnologia de íon de lítio já é utilizada em baterias de Smartphones e Laptops.

Mas tudo mudou em 2015, após a Tesla utilizar a tecnologia em seu revolucionário modelo de bateria solar residencial, a Powerwall.

De fato, a Powerwall nada mais é do que um conjunto de milhares de células de íon de lítio do tamanho AA conectadas e montadas em uma bateria de refrigeração líquida envolvida em um forte invólucro de metal, que por sua vez, é envolto em seu exclusivo escudo de plástico.

armazenamento de energia solar fotovoltaica _ Powerwall da Tesla
Bateria residencial da Tesla, a Powerwall

Após o sucesso da Powerwall, várias outras empresas utilizaram a tecnologia de íon de lítio para a fabricação de baterias solares, como a LG e até a montadora de carros alemã Mercedes-Benz.

Hoje, as baterias solares de íon de lítio se tornaram o tipo mais popular em diversos países, como os EUA, Japão e Austrália.

Entre os motivos para essa popularização estão a sua maior capacidade de descarga (80%) e vida útil mais longa, de 13 a 18 anos (entre 4.000 e 6.000 ciclos).

A principal desvantagem, por enquanto, é o seu alto preço, mas que já caiu 75% entre 2010 e 2018, segundo estudo da Bloomberg New Energy Finance.

Tipos de baterias de íons de lítio

Existem dois principais subtipos de bateria de íons de lítio: NMC (Níquel Manganês Cobalto) e LiFePO (Lítio Ferro Fosfato)

A tecnologia de bateria NMC, com sua alta densidade de energia, é adequada para veículos elétricos, enquanto a tecnologia LiFePO é mais adequada para aplicações de armazenamento residencial.

A Tesla, entretanto, já fabrica grandes quantidades de baterias NMC para alimentar seus carros elétricos e alega que a tecnologia é a melhor solução para baterias residenciais, utilizando-a em sua Powerwall 2.

Também a LG utiliza a tecnologia NMC em seu modelo de bateria solar residencial, a Chem RESU.

Bateria residencial da LG, a Chem Resu

Já outras marcas, como Simpliphi e DCS, usam a tecnologia LiFePO em suas baterias, que afirmam ser mais segura.

Quando falamos em custo, a tecnologia NMC é, por enquanto, mais barata de produzir do que as baterias LiFePO.

Bateria de fluxo

Uma das tecnologias mais recentes em armazenamento de energia solar fotovoltaica são as baterias de fluxo.

Existem diversas variações desse tipo de bateria, mas as mais conhecidas são as baterias de brometo de zinco ‘ZCell’, fabricadas pela empresa australiana RedFlow.

De forma simples, uma bateria de fluxo é composta principalmente de um líquido à base de água (brometo de zinco) que flui entre dois tanques.

Quando a bateria carrega, o zinco é extraído do líquido e armazenado separadamente e, ao descarregar, o zinco é devolvido ao líquido.

O zinco ‘flui’ do grande tanque de plástico na parte inferior para os eletrodos na parte superior, movimento que dá nome à tecnologia.

Uma das principais vantagens das baterias de fluxo em relação às baterias de íon-lítio e chumbo-ácido é que elas têm 100% de profundidade de descarga.

Isso significa que a bateria pode ser totalmente descarregada em um ciclo, sem efeitos negativos na sua vida útil.

Da mesma forma, as baterias de fluxo também não apresentam degradação caso fiquem com carga zero, como nas demais tecnologias, que precisam ser mantidas em um nível de carga mínimo.

Existem alguns outros benefícios das baterias de fluxo:

  • Toleram condições climáticas extremas, de até 50 graus Celsius;
  • O líquido de zinco-bromo no interior das baterias de fluxo é um retardador natural de incêndio;
  • Não há chance de fuga térmica (explosão) devido à separação física dos diferentes componentes da bateria;
  • As baterias de fluxo são mais baratas para reforma, devido à sua construção modular simples.

Por outro lado, uma desvantagem das baterias de fluxo é o seu menor ciclo de vida em comparação com as baterias de íon-lítio.

Bateria de sódio-cloreto de níquel

Também chamada de bateria de sal fundido, essa tecnologia apresenta grande potencial e pode futuramente desbancar as baterias e íon de lítio.

Isso porque utiliza em sua composição materiais abundantes na natureza, com fabricação de baixo custo e sem o uso de produtos tóxicos ou perigosos.

Além do mais são altamente seguras, pois sua química não apresenta riscos de incêndio.

Outras vantagens das baterias de sódio-cloreto de níquel são:

  • Faixa de temperatura operacional muito ampla (-20 ° C a +60 ° C) sendo adequadas para uma ampla gama de ambientes;
  • Totalmente recicláveis;
  • Não requer sistema de refrigeração interno.

Em contrapartida, a maior desvantagem é a sua baixa vida útil, de até 4.000 ciclos.

Baterias desenvolvidas pelo PTI. Fonte: https://www.pti.org.br/pt-br/baterias

No Brasil, um trabalho feito pelo Parque Tecnológico Itaipu (PTI) visa desenvolver a tecnologia de baterias de sal fundido para aplicações veiculares ou de uso estacionário, como torres de telecomunicação.


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