Soluções de armazenamento em lítio para instalações fotovoltaicas

A energia solar fotovoltaica provou ser uma das fontes de energia mais sustentáveis, uma vez que é um recurso natural disponível em todo o planeta. Além disso, os custos de instalação e exploração das instalações são competitivos o que simplifica tanto a colocação em funcionamento, como a ampliação dos sistemas. A investigação e a inovação estão a reduzir cada vez mais os custos de produção dos sistemas fotovoltaicos, tornando-os economicamente mais viáveis e competitivos em relação a qualquer outra fonte de energia. Este facto significa que a previsão de crescimento desta tecnologia é de 60% face ao total de tecnologias para os próximos 5 anos.

Tal como acontece com a maioria das fontes de energia renováveis, o recurso solar é uma fonte que não permite gestão, e, portanto, é necessário incorporar dispositivos que permitam regular o fornecimento de energia quando necessário. Daí a importância dos sistemas de acumulação para instalações fotovoltaicas.

Até há uma década, as baterias de chumbo eram utilizadas principalmente como soluções gerais de armazenamento de energia em sistemas fotovoltaicos fora da rede ou como fontes de alimentação ininterruptas (UPS) em sistemas ligados à rede. São sistemas que requerem manutenção regular, visto que é necessário rever o nível do eletrólito (exceto nas baterias de chumbo GEL ou AGM, cujo eletrólito não está no estado líquido). Além disso, não são modulares, uma vez que a expansão do sistema é sempre determinada pela capacidade instalada (Ah) e, por fim, requerem ventilação no local de instalação, uma vez que durante o funcionamento são emitidos gases nocivos e perigosos.

Desde o crescimento da utilização da tecnologia de lítio, as baterias de chumbo foram deslocadas.

A figura seguinte mostra a penetração de cada tecnologia de acumulação em relação ao total desde 2011 a 2016.

Tendo em conta a atual evolução dos veículos elétricos e o facto de que os acumuladores de lítio são desenvolvidos cada vez de forma mais compacta e com mais densidade energética, as baterias de lítio para aplicações fotovoltaicas são já a solução mais rentável e com melhores desempenhos no mercado, tanto para instalações offgrid como para instalações ongrid.

O lítio oferece inúmeras vantagens face ao chumbo, tais como:

• Maior número de ciclos de vida útil.
• Facilidade de expansão graças à sua modularidade.
• Maior relação de descarga/carga por kW/h. Cargas mais rápidas.
• SOC (estado de carga) e SOH (estado de saúde) mais fiável.
• Maior controlo do estado geral da bateria ao ser ligada ao inversor fotovoltaico e ser capaz de monitorizar todos os parâmetros de funcionamento relevantes.
• Sem manutenção.
• Sem necessidade de ventilação.
• O custo total de kW/h é inferior ao da bateria de chumbo.
• Tecnologia mais compacta com menos utilização de espaço.
• Menor peso por kW/h.

Variedade de escolha

Dentro da gama de fabricantes de baterias de lítio para instalações de energia fotovoltaica, podemos destacar as empresas pioneiras como a Axistorage, a BYD e a LG Chem, entre outras.

Dentro de cada empresa, é possível encontrar modelos para os inversores de 48 VCC e modelos de tensão mais elevada (150-600 V) geralmente denominados de modelos de alta tensão. Todos eles com corrente contínua (CC).

Recentemente, a BYD lançou uma nova gama de baterias Premium no mercado. Esta diferencia quatro variantes, LVL, LVS, HVS e HVM, sendo os dois primeiros modelos de 48 V e os dois últimos modelos para alta tensão. Todos contam com tecnologia fosfato de ferro de lítio (LFP).

As baterias LVS começam com uma capacidade de 3,84 kW/h por módulo de bateria, chegando a permitir colocar num mesmo rack 6 unidades que permitem atingir até 23 kW/h. Além disso, é possível chegar até aos 246 kW/h no total, instalando mais de um rack em paralelo (até 64 módulos). Pela sua dimensão e desempenho, são ideais para sistemas de autoconsumo de energia solar ligados à rede ou para instalações fotovoltaicas isoladas.

O irmão mais velho da gama LV é o LVL, com uma capacidade nominal de 15,36 kW/h. Neste caso, é possível colocar até 64 unidades em paralelo, pelo que é possível atingir 983 kW/h de armazenamento total, um valor que pode abranger praticamente qualquer solução fotovoltaica de armazenamento a nível residencial, comercial e industrial.

Ambas as variantes funcionam a uma tensão nominal de 51,2 V e permitem cargas e descargas a uma taxa de 1C dentro da faixa de temperatura de funcionamento (5 – 50 graus centígrados). Entre -10 e 5 graus, verifica-se uma limitação da potência de carga porque as temperaturas baixas dificultam a própria reação química na bateria. Eletricamente, ao expandir os sistemas e ligar os módulos em paralelo, mantém-se a tensão do sistema e o que acontece é que a corrente que pode ser obtida a partir da unidade aumenta.

Estes modelos são os ideais para instalações fotovoltaicas isoladas visto que os fabricantes de inversores solares para os referidos sistemas como SMA e Victron configuram as suas soluções para que o sistema funcione a 48 VCC. Também podem ser instalados para sistemas de autoconsumo ligados à rede nos quais seja necessária uma capacidade elevada ou simplesmente o inversor funcione a 48 VCC.

Relativamente aos modelos de alta tensão, a variante HVS é a gama focada no setor residencial em que o módulo de bateria tem uma capacidade de 2,56 kW/h e os modelos utilizáveis começam a partir de dois módulos em série com 5,12 kW/h de acumulação e tensão de 204 VCC até aos 5 módulos em série, em que se obtém uma capacidade de 12,8 kW/h com uma tensão nominal de 512 VCC. Nesta variante, é possível colocar três armários de bateria de 12,8 kW/h em paralelo, atingindo assim um valor de acumulação total de 38,4 kW/h.

A outra variante, a HVM, está mais voltada para o setor comercial ou industrial, embora também possa perfeitamente ser utilizada para o setor residencial. O módulo de bateria tem uma capacidade de 2,76 kW/h e a configuração mínima para que o sistema tenha uma tensão suficiente para trabalhar em conjunto com o inversor é de três módulos em série, com uma capacidade mínima de 8,28 kW/h juntamente com uma tensão de 153 VCC nominais. No mesmo rack, é possível atingir 8 módulos em série obtendo-se 22 kW/h com uma tensão nominal de 409 VCC. Tal como no modelo anterior, também é possível dispor até três racks em paralelo de 22 kW/h, o que atinge um valor de 66 kW/h de acumulação máxima possível.

Como novidade, importa destacar que ambos os modelos permitem o funcionamento no modo de emergência (backup) ou inclusive em modo permanente isolado da rede pública (offgrid).

Importa ter em conta que para qualquer disposição em paralelo da variante HVS ou HVM, o número de módulos por rack tem de ser o mesmo em cada um deles, para que a tensão de funcionamento não seja alterada.

Cada variante dispõe de uma corrente máxima que é definida pela secção interna e pelos próprios contactos entre módulos e, conforme os módulos em série vão sendo ampliados, a tensão do sistema também aumenta, pelo que nesta solução o sistema não mantém sempre a tensão como acontecia nos modelos LVS e LVL.

O intervalo de temperatura de funcionamento é o mesmo que para os outros modelos (de -10 a +50 graus), encontrando-se a potência de carga limitada entre -10 e +5 graus. Estes modelos são ideais para os novos inversores fotovoltaicos híbridos como Fronius Primo e Symo GEN24, Kostal Piko MP plus e Plenticore, SMA Sunny Boy Storage e Solaredge Storedge Hybrid.

Todas as variantes estão preparadas tanto para inversores monofásicos como trifásicos e incluem um LED de estado, aspeto do qual se sentia falta na geração anterior. Importa também mencionar uma maior facilidade na colocação em funcionamento graças à aplicação móvel "Be Connect" para toda a gama de baterias. Na ligação seguinte encontrará todas as informações específicas de acordo com cada variante: https://www.eft-systems.de/en/downloads

Outro dos fabricantes importantes na acumulação de energia solar é a Axistorage, na qual encontramos o modelo Axistorage LI 10S de baixa tensão e a Axistorage LI SH de alta tensão.

A variante de baixa tensão LI 10S é um modelo único de 10 kW/h no total e 8 kW/h úteis, com uma tensão nominal de 54 V, podendo chegar a instalar até 12 unidades em paralelo e conseguindo uma capacidade total de 120 kW/h. Pode ser utilizada tanto para instalações de autoconsumo como para instalações isoladas e é compatível com as empresas de inversores fotovoltaicos SMA e Victron.

Relativamente à variante de alta tensão LI SH, é formada por módulos de 3 kW/h nos quais encontramos o rack com menor capacidade formado por três módulos em série com uma capacidade de 9 kW/h no total e uma tensão de 155 VCC até ao modelo superior de 6 módulos em série com uma capacidade total de 18 kW/h e uma tensão de funcionamento de 310 VCC.

Este modelo é compatível com os inversores híbridos para autoconsumo Kostal Plenticore (desde quatro módulos) e SMA Sunny Boy Storage (desde três módulos). Na ligação seguinte encontrará todas as informações do produto: https://www.axitecsolar.com/es/axistorage.html

Por último, o fabricante LG dispõe dos modelos de baterias de lítio LG RESU e RESU H. A primeira variante corresponde a acumuladores de 48 VCC enquanto que os modelos RESU H são de alta tensão.

Dentro da gama RESU, encontramos 4 modelos: RESU 3.3, RESU 6.6, RESU 10 e RESU 13. São modelos a 51,8 VCC de tensão nominal e a sua capacidade total corresponde à sua nomenclatura. São acumuladores pensados exclusivamente para instalações de autoconsumo monofásico compatíveis com fabricantes como a Goodwe, a SMA, a Solaredge e a Victron, entre outros.

Não podem ser utilizados em instalações trifásicas, embora sejam de autoconsumo, e também não podem ser utilizados em nenhuma modalidade de backup (exceto o modelo de 13) nem em instalações isoladas. O fabricante recomenda que a carga e a descarga seja, no máximo, a 0,3 C para obter o melhor rendimento e vida útil, valor suficiente para uma instalação de autoconsumo fotovoltaico.

A capacidade da bateria pode ser aumentada, acrescentando no máximo duas unidades do mesmo modelo na mesma instalação, juntamente com o acessório kit Resu Plus Extension .

Relativamente à variante de alta tensão RESU H, dispõe de dois modelos de 7 e 10 kW/h. Por sua vez, cada modelo dispõe de duas variantes diferentes tipo C e tipo R. A variante tipo C apenas é compatível com o fabricante SMA, enquanto o tipo R é compatível com a Fronius e a Solaredge, entre outros.

A capacidade útil de cada modelo é de 6,6 e 9,3 kW/h respetivamente, pelo que o sistema fica limitado a uma única bateria, sem possibilidade de expansão. Tal como a variante RESU, não podem ser utilizados em modo backup, nem em instalações isoladas, mas estes podem ser ligados a um inversor híbrido trifásico.