Guia 2022 de backup de bateria residencial |Tipos, custos, benefícios..

Mesmo em 2022, o armazenamento fotovoltaico ainda será o tema mais quente, e o backup de bateria residencial é o segmento de energia solar que mais cresce, criando novos mercados e oportunidades de expansão de modernização solar para residências e empresas de grande e pequeno porte em todo o mundo.Backup de bateria residencialé fundamental para qualquer casa solar, especialmente em caso de tempestade ou outra emergência.Em vez de exportar o excesso de energia solar para a rede, que tal armazená-la em baterias para emergências?Mas como a energia solar armazenada pode ser lucrativa?Iremos informá-lo sobre o custo e a lucratividade de um sistema de armazenamento de bateria doméstico e descrever os pontos principais que você deve ter em mente ao adquirir o sistema de armazenamento correto. O que é sistema de armazenamento de bateria residencial？Como funciona? Um armazenamento de bateria residencial ou sistema de armazenamento fotovoltaico é uma adição útil ao sistema fotovoltaico para aproveitar os benefícios de um sistema solar e desempenhará um papel cada vez mais importante na aceleração da substituição de combustíveis fósseis por energia renovável.A bateria solar doméstica armazena a eletricidade gerada a partir da energia solar e a libera para o operador no momento necessário.A energia de reserva da bateria é uma alternativa ecologicamente correta e econômica aos geradores de gás. Aqueles que utilizam um sistema fotovoltaico para produzir electricidade atingirão rapidamente os seus limites.Ao meio-dia, o sistema fornece bastante energia solar, só que não há ninguém em casa para utilizá-la.À noite, por outro lado, é necessária muita eletricidade – mas depois o sol já não brilha.Para compensar esta lacuna no fornecimento, a electricidade significativamente mais cara é adquirida ao operador da rede. Nesta situação, uma bateria reserva residencial é quase inevitável.Isto significa que a eletricidade não utilizada durante o dia está disponível à noite e à noite.A eletricidade autogerada está, portanto, disponível 24 horas por dia e independentemente do clima.Desta forma, a utilização de energia solar autoproduzida aumenta até 80%.O grau de auto-suficiência, ou seja, a proporção do consumo de electricidade que é coberto pelo sistema solar, aumenta até 60%. Uma bateria reserva residencial é muito menor que uma geladeira e pode ser montada na parede da despensa.Os sistemas de armazenamento modernos contêm uma grande quantidade de inteligência que pode usar previsões meteorológicas e algoritmos de autoaprendizagem para reduzir o consumo doméstico ao máximo.Alcançar a independência energética nunca foi tão fácil – mesmo que a casa permaneça ligada à rede. O sistema de armazenamento de bateria doméstico vale a pena?Quais são os fatores que dependem? O armazenamento residencial da bateria é necessário para que uma casa movida a energia solar permaneça funcionando durante os apagões da rede e também funcionará à noite.Mas, da mesma forma, as baterias solares melhoram a economia empresarial do sistema, mantendo a energia eléctrica solar que, de outra forma, seria devolvida à rede com prejuízo, apenas para redistribuir essa energia eléctrica, por vezes, quando a energia é mais cara.O armazenamento da bateria doméstica protege o proprietário da energia solar contra falhas na rede e protege a economia comercial do sistema contra modificações nas estruturas de preços da energia. Se vale ou não a pena investir depende de vários fatores: Nível de custos de investimento. Quanto menor o custo por quilowatt-hora de capacidade, mais cedo o sistema de armazenamento se pagará. Vida útil dobateria solar para casa A garantia do fabricante de 10 anos é habitual na indústria.No entanto, pressupõe-se uma vida útil mais longa.A maioria das baterias solares domésticas com tecnologia de íons de lítio funcionam de maneira confiável por pelo menos 20 anos. Participação de eletricidade autoconsumida Quanto mais o armazenamento solar aumentar o autoconsumo, maior será a probabilidade de valer a pena. Custos de eletricidade quando comprada da rede Quando os preços da electricidade são elevados, os proprietários de sistemas fotovoltaicos poupam consumindo a electricidade autogerada.Nos próximos anos, espera-se que os preços da eletricidade continuem a subir, por isso muitos consideram as baterias solares um investimento sábio. Tarifas conectadas à rede Quanto menos os proprietários de sistemas solares recebem por quilowatt-hora, mais lhes paga armazenar a eletricidade em vez de alimentá-la na rede.Nos últimos 20 anos, as tarifas ligadas à rede diminuíram constantemente e continuarão a diminuir. Que tipos de sistemas de armazenamento de energia de bateria doméstica estão disponíveis? Os sistemas domésticos de bateria reserva oferecem inúmeros benefícios, incluindo resiliência, economia de custos e produção descentralizada de eletricidade (também conhecida como “sistemas domésticos de energia distribuída”).Então, quais são as categorias de baterias solares domésticas?Como devemos escolher? Classificação Funcional por Função de Backup: 1. Fonte de alimentação UPS doméstica Este é um serviço de nível industrial para energia de reserva que hospitais, salas de dados, governo federal ou mercados militares geralmente exigem para a operação contínua de seus dispositivos essenciais e também sensíveis.Com uma fonte de alimentação UPS doméstica, as luzes da sua casa podem nem piscar se a rede elétrica falhar.A maioria das residências não precisa nem pretende pagar por esse grau de confiabilidade – a menos que estejam operando equipamentos clínicos cruciais em sua casa. 2. Fonte de alimentação 'interruptível' (reserva completa da casa). A próxima etapa de um UPS é o que chamaremos de 'fonte de alimentação interrompível' ou IPS.Um IPS certamente permitirá que toda a sua casa continue funcionando com energia solar e baterias se a rede cair, mas você certamente experimentará um curto período (alguns segundos) em que tudo ficará preto ou cinza em sua casa como sistema de backup entra no equipamento.Pode ser necessário zerar os relógios eletrônicos que piscam, mas, fora isso, você poderá utilizar cada um dos seus eletrodomésticos normalmente, enquanto durarem as baterias. 3. Fonte de alimentação para situações de emergência (reserva parcial). Algumas funcionalidades de energia de backup funcionam ativando um circuito de situação de emergência quando detecta que a rede realmente diminuiu.Isto permitirá que os dispositivos de energia domésticos ligados a este circuito – normalmente frigoríficos, luzes, bem como algumas tomadas eléctricas dedicadas – continuem a funcionar com as baterias e/ou painéis fotovoltaicos durante o período de blackout.É mais provável que esse tipo de backup seja uma das opções mais populares, razoáveis ​​e econômicas para residências em todo o mundo, já que administrar uma casa inteira com um banco de baterias irá descarregá-las rapidamente. 4. Sistema solar e de armazenamento parcialmente fora da rede. Uma última opção que pode chamar a atenção é um “sistema parcialmente fora da rede”.Com um sistema parcialmente fora da rede, o conceito é produzir uma área dedicada “fora da rede” da casa, que opera continuamente com um sistema solar e de bateria grande o suficiente para se manter sem retirar energia da rede.Dessa forma, os lotes familiares necessários (geladeiras, luzes, etc) permanecem ligados mesmo em caso de queda da rede, sem nenhum tipo de interrupção.Além disso, como a energia solar e as baterias são dimensionadas para funcionarem sozinhas para sempre, sem a rede, não haveria necessidade de alocar o uso de energia, a menos que dispositivos extras fossem conectados ao circuito fora da rede. Classificação da Tecnologia Química de Baterias: Baterias de chumbo-ácido como reserva de bateria residencial Baterias de chumbo-ácidosão as baterias recarregáveis ​​mais antigas e de menor custo disponíveis para armazenamento de energia no mercado.Elas surgiram no início do século passado, na década de 1900, e até hoje continuam sendo as baterias preferidas em muitas aplicações devido à sua robustez e baixo custo. Suas principais desvantagens são a baixa densidade energética (são pesadas e volumosas) e sua curta vida útil, não aceitando um grande número de ciclos de carga e descarga, as baterias de chumbo-ácido requerem manutenção regular para equilibrar a química da bateria, portanto suas características tornam-no inadequado para descargas de média a alta frequência ou aplicações que duram 10 anos ou mais. Eles também têm a desvantagem da baixa profundidade de descarga, que normalmente é limitada a 80% em casos extremos ou 20% em operação regular, para maior vida útil.A descarga excessiva degrada os eletrodos da bateria, o que reduz sua capacidade de armazenar energia e limita sua vida útil. As baterias de chumbo-ácido necessitam de manutenção constante do seu estado de carga e devem ser sempre armazenadas no seu estado máximo de carga através da técnica de flutuação (manutenção da carga com uma pequena corrente elétrica, suficiente para anular o efeito de autodescarga). Essas baterias podem ser encontradas em diversas versões.As mais comuns são baterias ventiladas, que utilizam eletrólito líquido, baterias de gel reguladas por válvula (VRLA) e baterias com eletrólito embutido em manta de fibra de vidro (conhecidas como AGM – absorbent glass mat), que apresentam desempenho intermediário e custo reduzido em comparação às baterias de gel. As baterias reguladas por válvula são praticamente seladas, o que evita vazamento e ressecamento do eletrólito.A válvula atua na liberação de gases em situações de sobrecarga. Algumas baterias de chumbo-ácido são desenvolvidas para aplicações industriais estacionárias e podem aceitar ciclos de descarga mais profundos.Existe também uma versão mais moderna, que é a bateria chumbo-carbono.Materiais à base de carbono adicionados aos eletrodos fornecem correntes de carga e descarga mais altas, maior densidade de energia e vida útil mais longa. Uma vantagem das baterias de chumbo-ácido (em qualquer uma de suas variações) é que elas não necessitam de um sistema sofisticado de gerenciamento de carga (como é o caso das baterias de lítio, que veremos a seguir).As baterias de chumbo têm muito menos probabilidade de pegar fogo e explodir quando sobrecarregadas porque seu eletrólito não é inflamável como o das baterias de lítio. Além disso, uma ligeira sobrecarga não é perigosa nestes tipos de baterias.Até mesmo alguns controladores de carregamento possuem uma função de equalização que sobrecarrega ligeiramente a bateria ou banco de baterias, fazendo com que todas as baterias atinjam o estado totalmente carregado. Durante o processo de equalização, as baterias que eventualmente ficarem totalmente carregadas antes das demais terão sua tensão ligeiramente aumentada, sem risco, enquanto a corrente flui normalmente pela associação serial dos elementos.Desta forma, podemos dizer que as baterias de chumbo têm a capacidade de se equalizar naturalmente e pequenos desequilíbrios entre as baterias de uma bateria ou entre as baterias de um banco não oferecem riscos. Desempenho:A eficiência das baterias de chumbo-ácido é muito inferior à das baterias de lítio.Embora a eficiência dependa da taxa de cobrança, geralmente é assumida uma eficiência de ida e volta de 85%. Capacidade de armazenamento:As baterias de chumbo-ácido vêm em uma variedade de tensões e tamanhos, mas pesam 2 a 3 vezes mais por kWh do que o fosfato de ferro-lítio, dependendo da qualidade da bateria. Custo da bateria:As baterias de chumbo-ácido são 75% mais baratas que as baterias de fosfato de ferro-lítio, mas não se deixe enganar pelo preço baixo.Essas baterias não podem ser carregadas ou descarregadas rapidamente, têm uma vida útil muito mais curta, não possuem um sistema protetor de gerenciamento de bateria e também podem exigir manutenção semanal.Isto resulta num custo global por ciclo mais elevado do que o razoável para reduzir os custos de energia ou suportar aparelhos pesados. Baterias de lítio como bateria reserva residencial Atualmente, as baterias de maior sucesso comercial são as baterias de íons de lítio.Depois que a tecnologia de íons de lítio foi aplicada a dispositivos eletrônicos portáteis, ela entrou nas áreas de aplicações industriais, sistemas de energia, armazenamento de energia fotovoltaica e veículos elétricos. Baterias de íon de lítiosuperam muitos outros tipos de baterias recarregáveis ​​em muitos aspectos, incluindo capacidade de armazenamento de energia, número de ciclos de trabalho, velocidade de carregamento e economia.Atualmente, o único problema é a segurança, os eletrólitos inflamáveis ​​podem pegar fogo em altas temperaturas, o que exige o uso de sistemas eletrônicos de controle e monitoramento. O lítio é o mais leve de todos os metais, tem o maior potencial eletroquímico e oferece densidades de energia volumétrica e de massa mais altas do que outras tecnologias de baterias conhecidas. A tecnologia de iões de lítio permitiu impulsionar a utilização de sistemas de armazenamento de energia, principalmente associados a fontes de energia renováveis ​​intermitentes (solar e eólica), e também impulsionou a adoção de veículos elétricos. As baterias de íon-lítio utilizadas em sistemas de energia e veículos elétricos são do tipo líquido.Essas baterias utilizam a estrutura tradicional de uma bateria eletroquímica, com dois eletrodos imersos em uma solução eletrolítica líquida. Separadores (materiais isolantes porosos) são usados ​​para separar mecanicamente os eletrodos, permitindo ao mesmo tempo a livre circulação de íons através do eletrólito líquido. A principal característica de um eletrólito é permitir a condução de corrente iônica (formada por íons, que são átomos com excesso ou falta de elétrons), mas não permitir a passagem de elétrons (como acontece em materiais condutores).A troca de íons entre eletrodos positivos e negativos é a base para o funcionamento das baterias eletroquímicas. A pesquisa sobre baterias de lítio remonta à década de 1970, e a tecnologia amadureceu e começou a ser usada comercialmente por volta da década de 1990. As baterias de polímero de lítio (com eletrólitos poliméricos) são agora utilizadas em baterias de telefones, computadores e diversos dispositivos móveis, substituindo as antigas baterias de níquel-cádmio, cujo principal problema é o “efeito memória” que reduz gradativamente a capacidade de armazenamento.Quando a bateria é carregada antes de estar totalmente descarregada. Em comparação com baterias de níquel-cádmio mais antigas, especialmente baterias de chumbo-ácido, as baterias de íon-lítio têm uma densidade de energia mais alta (armazenam mais energia por volume), têm um coeficiente de autodescarga mais baixo e podem suportar mais carga e O número de ciclos de descarga , o que significa uma longa vida útil. Por volta do início dos anos 2000, as baterias de lítio começaram a ser utilizadas na indústria automotiva.Por volta de 2010, as baterias de íon-lítio ganharam interesse no armazenamento de energia elétrica em aplicações residenciais esistemas ESS (sistema de armazenamento de energia) em grande escala, principalmente devido ao aumento do uso de fontes de energia em todo o mundo.Energia renovável intermitente (solar e eólica). As baterias de íon de lítio podem ter diferentes desempenhos, vida útil e custos, dependendo de como são fabricadas.Vários materiais foram propostos, principalmente para eletrodos. Normalmente, uma bateria de lítio consiste em um eletrodo metálico à base de lítio que forma o terminal positivo da bateria e um eletrodo de carbono (grafite) que forma o terminal negativo. Dependendo da tecnologia utilizada, os eletrodos à base de lítio podem ter estruturas diferentes.Os materiais mais utilizados para a fabricação de baterias de lítio e as principais características dessas baterias são as seguintes: Óxidos de Lítio e Cobalto (LCO):Alta energia específica (Wh/kg), boa capacidade de armazenamento e vida útil satisfatória (número de ciclos), adequada para dispositivos eletrônicos, desvantagem é a potência específica (W/kg) Pequena, reduzindo a velocidade de carga e descarga; Óxidos de Lítio e Manganês (OML):permitem altas correntes de carga e descarga com baixa energia específica (Wh/kg), o que reduz a capacidade de armazenamento; Lítio, Níquel, Manganês e Cobalto (NMC):Combina as propriedades das baterias LCO e LMO. Além disso, a presença de níquel na composição ajuda a aumentar a energia específica, proporcionando maior capacidade de armazenamento.Níquel, manganês e cobalto podem ser utilizados em proporções variadas (para suportar um ou outro) dependendo do tipo de aplicação.No geral, o resultado dessa combinação é uma bateria com bom desempenho, boa capacidade de armazenamento, longa vida útil e baixo custo. Lítio, níquel, manganês e cobalto (NMC):Combina recursos de baterias LCO e LMO.Além disso, a presença de níquel na composição ajuda a elevar a energia específica, proporcionando maior capacidade de armazenamento.Níquel, manganês e cobalto podem ser utilizados em diferentes proporções, de acordo com o tipo de aplicação (para favorecer uma característica ou outra).Em geral, o resultado dessa combinação é uma bateria com bom desempenho, boa capacidade de armazenamento, boa vida útil e custo moderado.Este tipo de bateria tem sido amplamente utilizado em veículos elétricos e também é adequado para sistemas estacionários de armazenamento de energia; Fosfato de ferro-lítio (LFP):A combinação LFP proporciona às baterias bom desempenho dinâmico (velocidade de carga e descarga), vida útil prolongada e maior segurança devido à sua boa estabilidade térmica.A ausência de níquel e cobalto em sua composição reduz o custo e aumenta a disponibilidade dessas baterias para fabricação em massa.Embora sua capacidade de armazenamento não seja das mais altas, tem sido adotado por fabricantes de veículos elétricos e sistemas de armazenamento de energia devido às suas inúmeras características vantajosas, principalmente seu baixo custo e boa robustez; Lítio e Titânio (LTO):O nome se refere a baterias que possuem titânio e lítio em um dos eletrodos, em substituição ao carbono, enquanto o segundo eletrodo é o mesmo utilizado em um dos outros tipos (como NMC – lítio, manganês e cobalto).Apesar da baixa energia específica (que se traduz em reduzida capacidade de armazenamento), esta combinação apresenta bom desempenho dinâmico, boa segurança e maior vida útil.Baterias deste tipo podem aceitar mais de 10.000 ciclos operacionais a 100% de profundidade de descarga, enquanto outros tipos de baterias de lítio aceitam cerca de 2.000 ciclos. As baterias LiFePO4 superam as baterias de chumbo-ácido com estabilidade de ciclo extremamente alta, densidade máxima de energia e peso mínimo.Se a bateria for descarregada regularmente de 50% DOD e depois totalmente carregada, a bateria LiFePO4 pode realizar até 6.500 ciclos de carga.Assim, o investimento extra compensa a longo prazo e a relação preço/desempenho permanece imbatível.Eles são a escolha preferida para uso contínuo como baterias solares. Desempenho:Carregar e liberar a bateria tem uma eficácia de ciclo total de 98%, sendo carregada e liberada rapidamente em intervalos de tempo inferiores a 2 horas - e ainda mais rápido para uma vida útil reduzida. Capacidade de armazenamento: uma bateria de fosfato de ferro-lítio pode ter mais de 18 kWh, o que ocupa menos espaço e pesa menos que uma bateria de chumbo-ácido com a mesma capacidade. Custo da bateria: O fosfato de ferro-lítio tende a custar mais do que as baterias de chumbo-ácido, mas geralmente tem um custo de ciclo mais baixo como resultado de maior longevidade