Com a construção maciça de sistemas de energia solar, a energia solar está gradualmente a reparar a relação entre o homem e a natureza. Deixámos de estar completamente dependentes dos métodos tradicionais de produção de energia que causam poluição ambiental.
No entanto, as pessoas descobriram que, quando o sol se põe, deixa de ser capaz de fornecer energia às redes eléctricas privadas. A tecnologia das baterias, que tem vindo a amadurecer nos últimos anos, ajudar-nos-á a resolver este problema.
Este artigo apresenta em pormenor o papel, o princípio de funcionamento, o tipo, os pontos de seleção, etc. das células solares, para ajudar os utilizadores a compreender melhor e a escolher as células solares adequadas.
O papel das baterias solares
As baterias solares desempenham um papel fundamental nos sistemas de energia solar, sendo utilizadas principalmente para armazenar a energia recolhida pelos painéis solares e garantir um fornecimento de energia estável em várias condições. De seguida, apresentamos algumas das principais funções das baterias solares:
Armazenamento do excesso de energia
Uma das principais funções das células solares é armazenar o excesso de energia gerada pelos painéis solares durante o dia. Quando os painéis solares geram mais eletricidade do que uma casa ou um edifício comercial necessita, a energia excedente é armazenada nas células solares. Dependendo do número de células, a quantidade de energia armazenada pode variar entre alguns quilowatts-hora e vários megawatt-hora. Esta energia armazenada pode ser utilizada durante os períodos em que não há luz solar (por exemplo, à noite ou em dias nublados) para garantir o fornecimento contínuo de energia.
Energia de reserva durante falhas de energia
As células solares podem ser utilizadas como fontes de energia de reserva de emergência para fornecer eletricidade quando a rede eléctrica falha. Ao ligar as células solares a uma rede eléctrica privada, os utilizadores podem contar com a energia armazenada para continuar a funcionar durante uma falha de energia. Especialmente para as empresas transformadoras, a construção de um sistema comercial de armazenamento de energia pode evitar as graves consequências das falhas de energia que causam paragens de produção ou mesmo danos no equipamento.
Estabilização da tensão e gestão da carga
As baterias solares também ajudam a estabilizar a tensão e a gerir as cargas de energia. Quando a rede ou os painéis solares produzem energia instável, a bateria pode libertar a energia armazenada para equilibrar a tensão, assegurando um fornecimento de energia estável para casas ou estabelecimentos comerciais. Além disso, as baterias solares ajudam a gerir potência de picoevitando flutuações de tensão ou interrupções de energia causadas pela utilização excessiva de energia, optimizando a eficiência global do sistema de energia.
Como funcionam as baterias solares?
O princípio de funcionamento de uma bateria solar baseia-se no conceito fundamental de armazenamento e descarga de energia eléctrica, integrado em sistemas solares fotovoltaicos (PV) para otimizar a utilização e a gestão da energia. Eis uma visão geral do processo:
Os painéis solares convertem a luz solar em eletricidade de corrente contínua (CC) através do efeito fotovoltaico. Quando a luz solar atinge os painéis solares, os fotões (partículas de luz solar) excitam os electrões dentro dos painéis, gerando corrente.
Quando a eletricidade gerada pelos painéis excede as necessidades imediatas de uma casa ou instalação, a energia em excesso é armazenada na bateria solar. À noite ou em dias nublados, quando não há luz solar, a bateria funciona como um "banco de energia", libertando a energia armazenada para alimentar a iluminação, os electrodomésticos, os aparelhos de ar condicionado e outros dispositivos, assegurando um fornecimento contínuo de energia sem luz solar.
As baterias solares são seguras?
As baterias solares são geralmente muito seguras de utilizar, mas para garantir um desempenho estável a longo prazo é necessário escolher baterias qualificadas e uma instalação correta. Seguem-se algumas considerações de segurança importantes:
Proteção contra sobrecarga: A maioria das baterias solares modernas está equipada com funções de proteção contra sobrecarga e sobredescarga, desligando automaticamente a fonte de alimentação quando a bateria está totalmente carregada ou quando a carga é demasiado baixa, evitando danos na bateria.
Controlo da temperatura: As baterias solares têm normalmente sistemas de controlo da temperatura para evitar problemas de segurança causados pelo sobreaquecimento. A ventilação adequada e os sistemas de dissipação de calor são essenciais, especialmente em condições climatéricas extremas, para prolongar a vida útil da bateria.
Sistema de gestão da bateria (BMS): O BMS monitoriza o estado da bateria em tempo real, assegurando que esta funciona dentro de um intervalo de tensão seguro e evitando a descarga excessiva e a sobrecarga.
Conformidade: A escolha de baterias solares que cumpram as normas de segurança internacionais (como a certificação UL) é fundamental para garantir uma utilização segura.
No entanto, tal como todas as baterias, as baterias solares apresentam riscos potenciais, especialmente quando a bateria é antiga ou está danificada. Uma instalação incorrecta ou a utilização de baterias de baixa qualidade pode levar a riscos de segurança. Por conseguinte, é fundamental selecionar marcas de renome e recorrer a serviços profissionais de instalação e manutenção.
Ler mais: Porque é que a pilha LiFePO4 é considerada a pilha mais segura?
Tipos de baterias solares
As baterias solares existem em vários tipos com base em materiais químicos, métodos de instalação e cenários de aplicação. A escolha do tipo correto de bateria solar pode melhorar a eficiência energética e satisfazer as necessidades específicas de diferentes agregados familiares e empresas. Apresentamos de seguida os diferentes tipos de baterias solares:
Classificação de materiais químicos
O material químico utilizado nas baterias solares afecta diretamente o seu desempenho, tempo de vida e custo. Os tipos mais comuns incluem:
Baterias de iões de lítio
As baterias de iões de lítio são o tipo mais comum utilizado em sistemas de energia solar devido à sua elevada densidade energética, longa duração e boa segurança. Podem armazenar eficientemente grandes quantidades de energia, carregar rapidamente e ter uma profundidade de descarga profunda, o que as torna ideais para casas e empresas que necessitam de energia eficiente e duradoura. Os tipos mais populares incluem baterias de lítio níquel cobalto manganês (NCM) e baterias de lítio fosfato de ferro (LiFePO4).
Baterias de chumbo-ácido
As baterias de chumbo-ácido são um tipo tradicional, conhecido pelo seu custo mais baixo, o que as torna adequadas para utilizadores preocupados com o orçamento. Embora as baterias de chumbo-ácido sejam mais económicas, têm uma densidade de energia inferior, ocupam mais espaço e têm uma vida útil mais curta (normalmente 3-5 anos). Também requerem tempos de carregamento mais longos e são propensas a degradação do desempenho.
Baterias de fosfato de ferro e lítio (LiFePO4)
Baterias de fosfato de ferro e lítio são um tipo de bateria de lítio, conhecidas pela sua maior segurança, vida útil mais longa (mais de 10 anos) e desempenho estável, especialmente para utilização a longo prazo. Embora tenham uma densidade de energia inferior à de outros tipos de baterias de lítio, oferecem uma excelente resistência ao calor e tolerância a sobrecargas, o que as torna ideais para sistemas domésticos de armazenamento solar.
Método de instalação Classificação
As baterias solares podem ser instaladas de diferentes formas, principalmente classificadas em sistemas de montagem na parede e sistemas de montagem em bastidor, com base em diferentes requisitos de espaço:
Baterias de parede
Baterias solares de parede são geralmente mais pequenos, o que os torna adequados para casas ou empresas com espaço limitado. O seu design centra-se na poupança de espaço e podem ser instaladas diretamente na parede, oferecendo um aspeto elegante e facilidade de instalação. As marcas mais populares de baterias de montagem na parede incluem a Tesla Powerwall e a LG Chem RESU.
Baterias montadas em bastidor
As baterias solares montadas em bastidor são ideais para utilizadores que necessitam de uma maior capacidade de armazenamento e de necessidades de armazenamento a longo prazo. Estas baterias são normalmente instaladas no solo utilizando bastidores, permitindo um maior armazenamento de energia. Baterias para racks de servidores encontram-se normalmente em grandes edifícios residenciais, edifícios comerciais ou instalações industriais.
Classificação do cenário de aplicação
Com base no método de ligação ao sistema, as baterias solares podem ser classificadas nos dois tipos seguintes:
Sistemas fora da rede
Os sistemas solares fora da rede não estão ligados à rede eléctrica e são utilizados em zonas remotas ou locais sem acesso à rede. Sistemas fora da rede têm normalmente bancos de baterias maiores para garantir o fornecimento de eletricidade durante os dias sem luz solar. Estes sistemas são perfeitos para quintas, cabanas de montanha e locais remotos.
Sistemas ligados à rede
Os sistemas solares ligados à rede estão ligados à rede eléctrica, permitindo aos utilizadores enviar o excesso de energia de volta para a rede. Este tipo é adequado para a maioria das casas e empresas, permitindo aos utilizadores vender a eletricidade excedente para compensar as suas contas de eletricidade ou obter descontos. As baterias nos sistemas ligados à rede são utilizadas principalmente para armazenar a eletricidade gerada durante o dia para utilização durante a noite ou em dias nublados.
O que é melhor: iões de lítio, chumbo-ácido ou fosfato de ferro-lítio?
- Baterias de iões de lítio:
As baterias de iões de lítio têm uma elevada densidade energética, uma vida útil mais longa (normalmente superior a 10 anos) e uma maior eficiência de carga e descarga. São compactas, leves e ideais para aplicações que requerem uma utilização a longo prazo e espaço limitado. Embora sejam mais caras inicialmente, oferecem um melhor valor a longo prazo devido à sua eficiência e longevidade. - Baterias de chumbo-ácido:
As baterias de chumbo-ácido são económicas, têm uma tecnologia madura e são amplamente utilizadas. No entanto, têm uma densidade energética inferior, um tempo de vida mais curto (normalmente 3-5 anos) e uma eficiência de carga e descarga inferior. Além disso, as baterias de chumbo-ácido são volumosas e contêm substâncias nocivas, o que representa um risco para o ambiente. - Baterias de fosfato de ferro e lítio (LiFePO4):
As baterias de fosfato de ferro-lítio, um tipo de bateria de lítio, oferecem uma excelente segurança, uma longa vida útil (mais de 10 anos) e uma estabilidade superior, especialmente em ambientes de alta temperatura. Embora tenham uma densidade de energia mais baixa em comparação com outras baterias de lítio, o seu preço cada vez mais acessível torna-as numa solução ideal a longo prazo. Em comparação com as baterias tradicionais de chumbo-ácido, oferecem uma melhor eficiência de carregamento e um ciclo de vida mais longo.
Em geral, as baterias de fosfato de ferro e lítio têm vantagens significativas em termos de segurança, vida útil e eficiência, o que as torna a escolha preferida para sistemas de armazenamento de energia solar de topo de gama. Embora o seu custo inicial seja mais elevado, proporcionam um excelente valor a longo prazo devido à sua longevidade e menores custos de manutenção.
Vantagens da utilização de baterias solares
- Independência energética:
Ao armazenar energia solar, os utilizadores podem reduzir a sua dependência da rede, alcançando uma autossuficiência energética parcial ou total. - Poupança de custos:
Ao armazenar e utilizar a energia solar auto-gerada, os utilizadores podem reduzir significativamente as suas facturas de eletricidade, especialmente durante os períodos de pico de preços. - Impacto ambiental:
As baterias solares promovem a utilização de energia limpa, ajudando a reduzir as emissões de carbono e a apoiar a sustentabilidade ambiental. - Energia de reserva:
Em caso de falha de energia, as baterias solares podem servir como fonte de energia de reserva, assegurando o funcionamento normal de casas e electrodomésticos.
Desvantagens da utilização de baterias solares
- Custo inicial elevado:
Embora as baterias solares permitam poupar nos custos de eletricidade a longo prazo, o seu custo inicial de aquisição e instalação é relativamente elevado, especialmente no caso das baterias de lítio de elevado desempenho. Este custo inicial pode ser um obstáculo para alguns agregados familiares ou pequenas empresas. - Requisitos de espaço:
Certos tipos de baterias solares, especialmente as baterias montadas em bastidor, requerem um espaço substancial, que pode não ser adequado para casas mais pequenas ou espaços limitados. As baterias montadas na parede, embora poupem espaço, têm frequentemente capacidades de armazenamento mais pequenas, que podem não satisfazer as necessidades de sistemas maiores. - Requisitos de manutenção:
Embora as baterias solares sejam geralmente duráveis, requerem manutenção e controlos regulares, especialmente em climas extremos. Os sistemas de gestão da bateria e de controlo da temperatura têm de ser mantidos em condições de funcionamento ideais para evitar problemas de segurança. - Degradação do desempenho:
Com o tempo, a eficiência das baterias solares pode degradar-se, especialmente após muitos anos de utilização. À medida que as baterias envelhecem, a sua capacidade de armazenamento diminui, o que pode afetar a estabilidade do fornecimento de energia.
Como escolher a bateria solar correta?
Ao selecionar uma bateria solar, é importante ter em conta vários factores para garantir que a bateria satisfaz as necessidades do utilizador. As principais considerações incluem:
Tipo de bateria:
Dependendo do orçamento e dos requisitos, os utilizadores têm de escolher o tipo de bateria adequado. As baterias de iões de lítio são ideais para utilização a longo prazo com restrições de espaço, enquanto as baterias de chumbo-ácido são adequadas para quem tem um orçamento limitado. As baterias de fosfato de ferro e lítio são a melhor escolha para quem procura maior segurança e longevidade.
Capacidade de armazenamento:
A capacidade de armazenamento é um dos factores mais importantes na escolha de uma bateria solar. Os utilizadores devem selecionar uma bateria que corresponda às suas necessidades diárias de energia. Uma bateria demasiado pequena pode levar a uma energia insuficiente, enquanto uma bateria demasiado grande pode resultar em desperdício de energia.
Espaço de instalação:
Tendo em conta os requisitos de espaço da bateria, os utilizadores podem escolher com base no espaço disponível na sua casa ou empresa. Para espaços limitados, as baterias de montagem na parede são ideais. Para quem necessita de maiores capacidades de armazenamento, as baterias montadas em bastidor podem ser mais adequadas.
Duração da bateria e garantia:
É importante conhecer o tempo de vida útil e a garantia da bateria. A seleção de uma bateria de qualidade superior com uma vida útil mais longa pode reduzir a necessidade de substituições frequentes. A maioria das baterias de lítio dura mais de 10 anos, enquanto as baterias de chumbo-ácido duram apenas 3-5 anos.
Orçamento e relação custo-eficácia:
É importante considerar tanto o investimento inicial como a relação custo-eficácia a longo prazo da bateria. Embora as baterias de iões de lítio sejam mais caras inicialmente, a sua vida útil mais longa e os custos de manutenção mais baixos tornam-nas uma opção mais rentável a longo prazo.
Cada projeto de armazenamento de energia é único. Não é simples selecionar a bateria certa para reduzir os custos e utilizar o kit mais adequado para construir um sistema de energia de reserva. Pode contactar a PKNERGY para Obtenha soluções energéticas gratuitas e sem compromisso.
Bateria solar vs. gerador: Qual é o melhor?
Bateria solar:
- Melhor para: Utilização a longo prazo, utilizadores preocupados com o ambiente e pessoas que pretendem reduzir os custos de energia, especialmente em zonas ensolaradas.
- Fonte de energia: A energia solar, que é limpa, renovável e rentável a longo prazo.
- Utilizadores ideais: Utilizadores residenciais e comerciais em regiões ensolaradas que procuram soluções energéticas estáveis e sustentáveis.
Gerador:
- Melhor para: Fornecimento de energia de emergência, zonas fora da rede e necessidades de alta potência a curto prazo.
- Fonte de energia: Funciona normalmente com combustível (gasóleo, gasolina ou gás natural), exigindo a compra regular de combustível.
- Utilizadores ideais: Locais que necessitam de energia de reserva durante cortes de energia ou áreas sem acesso à rede, especialmente para necessidades de energia pesadas.
Principais comparações:
Viabilidade económica a longo prazo:
As baterias solares são mais económicas a longo prazo, uma vez que dependem da energia solar e não requerem despesas contínuas de combustível. Os geradores têm custos operacionais mais elevados devido à compra de combustível e à manutenção.
Impacto ambiental:
As baterias solares são amigas do ambiente e não emitem gases com efeito de estufa, enquanto os geradores, que dependem de combustíveis fósseis, contribuem para a poluição e as emissões de carbono.
Procura e utilização de energia:
As baterias solares são excelentes para necessidades de energia estáveis e sustentáveis, especialmente em áreas com sol abundante. Os geradores, no entanto, fornecem energia rápida e fiável em situações de emergência ou quando é necessária uma potência elevada instantaneamente.
Custo da bateria solar:
O custo das baterias solares depende do tipo e da marca. As gamas gerais de preços são as seguintes:
- Bateria de iões de lítio: $300-$1200 por kWh
- Bateria de chumbo-ácido: $100-$300 por kWh
- Bateria de fosfato de ferro e lítio (LiFePO4): $500-$1500 por kWh
Quantas baterias solares são necessárias para o funcionamento de uma casa?
Para determinar o número de baterias solares necessárias, considere os seguintes factores:
Calcular o consumo diário de energia: Faça uma estimativa do consumo de energia dos electrodomésticos. Os aparelhos domésticos mais comuns e o seu consumo de energia são os seguintes
- Frigorífico: 100-200W, funciona 10 horas/dia, consome cerca de 1-2kWh/dia.
- Ar condicionado: 1500-2500W, funciona 6-8 horas/dia, consome 9-20kWh/dia.
- TV: 100-200W, funciona 4 horas/dia, consome 0,4-0,8kWh/dia.
- Iluminação: 10-20W por luz, 20 luzes durante 4 horas, consome 0,8-1,6kWh/dia.
- Vamos supor que o consumo médio diário total de um agregado familiar é de 20 kWh.
Requisitos de energia diurnos e noturnos:
Durante o dia, os painéis solares fornecerão energia e a energia excedente será armazenada na bateria.
À noite, os painéis solares não produzem energia, pelo que as baterias terão de fornecer energia.
Se estiver totalmente fora da rede e quiser substituir toda a energia da rede, precisará de uma bateria para armazenar energia suficiente para a noite.
Estimar a capacidade necessária da bateria: Se o agregado familiar necessitar de 20 kWh/dia e a eficiência da bateria for 80%, a capacidade da bateria necessária será:
Capacidade necessária = 20kWh ÷ 0,8 (eficiência da bateria) = 25kWh.
Assim, são necessários, pelo menos, 25 kWh de capacidade de bateria solar para manter uma casa fora da rede.
Combinar painéis solares com baterias
Para satisfazer a procura de energia durante o dia e armazenar energia para a noite, os painéis solares devem ser dimensionados corretamente com base nas horas de luz solar da sua localização.
- Necessidade de armazenamento da bateria solar:
Como calculado, é necessário 25kWh de armazenamento para satisfazer as necessidades energéticas nocturnas. - Eficiência e rendimento do painel solar:
Suponha que cada painel produz 150 W por metro quadrado de painel solar e funciona durante 10 horas por dia numa área com 10 horas de luz solar.- Produção diária de energia por painel:
150W × 10 horas = 1,5kWh por metro quadrado. - Área de painel necessária:
Para produzir 25 kWh por dia, precisaria de
- Produção diária de energia por painel:
Área necessária = 25kWh/1,5kWh/metro quadrado ≈ 16,67 metros quadrados
Assim, cerca de 17 metros quadrados de painéis solares são necessários.
Tenha em atenção que esta estimativa pode variar consoante as condições locais de luz solar e a eficiência dos painéis solares utilizados.
Como escolher uma bateria solar?
Ao selecionar uma bateria solar, há vários factores-chave a considerar:
Capacidade:
Certifique-se de que a capacidade da bateria satisfaz as necessidades energéticas do seu agregado familiar. Terá de avaliar o seu consumo diário de energia e escolher uma bateria que possa fornecer energia armazenada suficiente, especialmente para utilização nocturna ou em dias nublados.
Tipo de bateria:
Baterias de iões de lítio: Maior eficiência, maior vida útil, mas mais caras.
Baterias de chumbo-ácido: Mais baratas, mas têm uma vida útil mais curta e uma eficiência inferior.
Fosfato de ferro de lítio (LiFePO4): Um bom equilíbrio entre preço, vida útil e eficiência, embora ligeiramente mais caro do que as baterias de chumbo-ácido.
Tempo de vida:
Procure baterias com uma vida útil mais longa, idealmente aquelas que duram pelo menos 10-15 anos. As baterias de iões de lítio e LiFePO4 têm normalmente ciclos de vida mais longos do que as baterias de chumbo-ácido.
Eficiência:
As baterias de alta eficiência são melhores a armazenar e a descarregar energia, o que resulta numa menor perda de energia.
Reputação da marca:
Escolha uma bateria solar de uma marca conceituada para garantir qualidade, desempenho fiável e um bom serviço de apoio ao cliente. As marcas bem conhecidas oferecem frequentemente melhores garantias e apoio.
As baterias solares de marcas diferentes podem ser ligadas entre si?
Geralmente, não se recomenda a ligação de baterias solares de marcas diferentes. As principais razões são:
Diferentes sistemas de gestão de baterias (BMS): Marcas diferentes podem utilizar diferentes concepções de BMS e protocolos de comunicação, o que pode impedir a sincronização correta e causar problemas operacionais.
Diferenças de desempenho da bateria: Mesmo dentro da mesma marca, as baterias de diferentes lotes ou tempos de produção podem registar ligeiras variações de desempenho. A mistura de diferentes marcas ou lotes pode levar a uma descarga de energia desigual e acelerar o desgaste da bateria.
Para sistemas solares de bricolage: Se planeia construir o seu sistema solar, é melhor utilizar baterias do mesmo fabricante e, idealmente, do mesmo lote para garantir a consistência do desempenho e da vida útil. Mesmo quando não estão a ser utilizadas, as baterias sofrem uma ligeira perda de energia, que pode variar consoante a data de produção. Isto pode resultar numa descarga desequilibrada da bateria e numa degradação mais rápida.
Quantas pessoas utilizam as baterias solares?
Com a crescente popularidade da tecnologia solar e o aumento dos custos da energia, cada vez mais pessoas estão a optar por utilizar baterias solares para armazenar energia em casa. De acordo com estudos de mercado, o número de utilizadores de baterias solares em todo o mundo está em constante crescimento.
Crescimento da utilização global: Em 2020, mais de 5 milhões de casas em todo o mundo tinham instalado sistemas solares, muitos dos quais estavam associados a soluções de armazenamento de energia. Até 2025, prevê-se que o mercado global de baterias solares atinja mais de 100 milhões de utilizadores.
Principais regiões: Os países com elevado potencial solar, como os EUA, a Europa e a Austrália, registaram taxas de adoção mais elevadas de baterias solares. Estas regiões tendem a ter consumidores que dão prioridade à energia de reserva durante as falhas da rede e procuram reduzir os seus custos de eletricidade recorrendo à energia solar.
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Conclusão
As baterias solares armazenam o excesso de energia produzida pelos painéis solares e libertam-na quando necessário, assegurando um fornecimento contínuo de energia a casas e instalações comerciais. À medida que a tecnologia solar continua a evoluir e os custos da energia aumentam, a utilização de baterias solares está a tornar-se mais comum, oferecendo benefícios de poupança de custos e sustentabilidade ambiental.
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