Baterias para painéis solares: análise dos tipos adequados e suas características

Sistemas de energia alternativa são cada vez mais utilizados para fornecer eletricidade a residências. Como os regimes de geração e consumo de energia diferem, é necessário garantir seu armazenamento para posterior fornecimento. Concorda?

Para utilizar a energia no período de tempo necessário ao proprietário, incluem-se no sistema acumuladores para painéis solares. Explicaremos como escolher corretamente os dispositivos destinados a operar em ciclos de carga e descarga. Nossas recomendações ajudarão a escolher o modelo ideal.

Acumuladores no sistema de energia solar doméstico

Compreender as formas e nuances do uso de acumuladores ao fornecer eletricidade a um local a partir de painéis solares permitirá fazer a escolha correta dos dispositivos e garantirá a máxima eficiência do sistema.

Para fazer uma compra criteriosa, é necessário compreender detalhadamente as formas de criar um conjunto (bloco) de acumuladores e as regras para calcular as principais características.

Método de combinação dos dispositivos em um único conjunto

Edifícios residenciais e industriais consomem uma carga elétrica que excede a capacidade de um único acumulador. Nesse caso, se o sistema de energia solar for dimensionado para um grande número de aparelhos elétricos, é necessário criar um conjunto de acumuladores seguindo o exemplo da associação semelhante de painéis solares.

A conexão das baterias em um único conjunto de armazenamento de energia pode ser feita de forma paralela, em série ou mista. A escolha depende dos valores necessários de potência e tensão de saída.

Dependendo da forma como as baterias são conectadas entre si, é possível obter diferentes valores de tensão de saída, no entanto, não se deve criar circuitos muito complexos para evitar a formação de correntes de equalização entre os dispositivos no conjunto.

As baterias são instaladas em uma casa ou outra edificação para garantir uma temperatura ambiente na faixa de 10 a 25 graus Celsius acima de zero e evitar que a água entre em contato com elas. Isso prolonga significativamente a vida útil dos dispositivos e reduz as perdas de energia elétrica.

As tecnologias modernas de fabricação de baterias destinadas à instalação em edifícios residenciais incluem medidas elevadas de segurança ambiental. Portanto, não há necessidade de tomar medidas especiais de ventilação intensiva do ambiente. No entanto, não é recomendável colocá-las em cômodos habitáveis.

Como as baterias têm peso significativo (um dispositivo de 12 Volts e 200 Ah pesa cerca de 70 kg), elas devem ser colocadas no chão ou em prateleiras robustas e firmemente fixadas.

É necessário evitar a possibilidade de queda das baterias de altura, pois nesse caso elas falharão, e os sistemas com eletrólito líquido também são perigosos para a saúde humana em caso de despressurização.

Com o aumento do comprimento do cabo de força, a resistência elétrica aumenta, o que leva à redução da eficiência do sistema. Por isso, é prática comum colocar as baterias próximas umas das outras para minimizar o comprimento total dos fios.

A prateleira para baterias deve suportar peso elevado. Por exemplo, um conjunto de oito baterias de 200 Ah pesa mais de meia tonelada.

Características do funcionamento do sistema

Nas conexões paralela e mista série-paralelo das baterias em um único conjunto, pode ocorrer desbalanceamento no nível de carga dos dispositivos. Isso faz com que o dispositivo não funcione em ciclo completo, e, portanto, sua vida útil será reduzida mais rapidamente.

O sistema de obtenção de energia elétrica do sol é sempre equipado com um controlador que gerencia a carga da bateria. No caso de criação de um conjunto de baterias, é necessária adicionalmente a instalação de jumpers de equalização de carga.

Para evitar problemas de carga e descarga desiguais em baterias combinadas em um único banco, é necessário usar dispositivos do mesmo modelo, e melhor ainda, do mesmo lote. Esta regra não se aplica apenas a sistemas de energia solar.

Atualmente, praticamente todas as residências podem ser equipadas com aparelhos que funcionam em 12 ou 24 Volts, incluindo geladeiras, televisores, etc. No entanto, fazer a fiação com essa tensão por toda a casa não faz sentido, pois a corrente será muito alta.

Portanto, ao implementar essa ideia, é necessário um cabo caro com grande área de seção transversal dos condutores, e as perdas por resistência elétrica serão grandes.

Praticamente para todos os eletrodomésticos existem modelos que funcionam em rede de corrente contínua de 12 volts. Se a fiação do cabo elétrico não for muito longa, pode-se usar um sistema de baixa tensão

Portanto, próximo às baterias, instala-se um inversor – dispositivo para conversão de tensão elétrica.

Além disso, a tensão real de saída do banco de baterias pode diferir um pouco da especificada. Por exemplo, as baterias de gel populares para uso em sistemas com painéis solares, quando totalmente carregadas, fornecem tensão de 13-13,5 Volts, então o inversor atua como estabilizador.

Cálculo da capacidade necessária das baterias

A capacidade das baterias é calculada com base no período estimado de operação autônoma sem recarga e na potência total de consumo dos aparelhos elétricos.

A potência média de um aparelho elétrico em um intervalo de tempo pode ser calculada da seguinte forma:

P = P₁ * (T₁ / T₂),

Onde:

• P₁ – potência nominal do aparelho;
• T₁ – tempo de funcionamento do aparelho;
• T₂ – tempo total calculado.

Em praticamente todo o território da Rússia, existem longos períodos em que os painéis solares não funcionam devido ao mau tempo.

Instalar grandes conjuntos de baterias para usá-las em plena carga apenas algumas vezes por ano não é rentável. Portanto, a escolha do intervalo de tempo durante o qual os dispositivos funcionarão apenas em descarga deve ser baseada em um valor estatístico médio.

A quantidade de energia gerada pelos painéis solares depende da densidade das nuvens. Se o tempo nublado não for incomum na região, a falta de potência de entrada deve ser considerada no cálculo do tamanho do banco de baterias.

Se planeja-se usar a energia armazenada ao longo do dia, por exemplo, em aquecimento com painéis solares, é melhor considerar um intervalo um pouco maior, como 30 horas.

Em caso de um longo período em que não seja possível usar painéis solares, é necessário aplicar outro sistema de obtenção de energia elétrica, baseado, por exemplo, em gerador a diesel ou gás.

Uma bateria carregada a 100% pode fornecer, até sua descarga completa, uma potência que pode ser calculada pela fórmula:

P = U x I

Onde:

• U – tensão;
• I – corrente.

Assim, uma bateria com parâmetros de tensão de 12 volts e corrente de 200 amperes pode gerar 2400 watts (2,4 kW). Para calcular a potência total de várias baterias, é necessário somar os valores obtidos para cada uma delas.

Existem baterias à venda com alta capacidade de potência, mas são caras. Às vezes é muito mais barato adquirir várias unidades comuns em conjunto com cabos de conexão.

O resultado obtido deve ser multiplicado por vários fatores de redução:

• Eficiência do inversor. Com a correta correspondência de tensão e potência na entrada do inversor, será alcançado um valor máximo de 0,92 a 0,96.
• Eficiência dos cabos de força. A minimização do comprimento dos fios que conectam as baterias e a distância até o inversor é necessária para reduzir a resistência elétrica. Na prática, o valor do indicador é de 0,98 a 0,99.
• Descarga mínima permitida das baterias. Para qualquer bateria, existe um limite inferior de carga, ao ultrapassá-lo, a vida útil do dispositivo diminui significativamente. Normalmente, os controladores definem o valor mínimo de carga em 15%, portanto o coeficiente é de aproximadamente 0,85.
• Perda máxima de capacidade permitida antes da troca das baterias. Com o tempo, ocorre o envelhecimento dos dispositivos, aumento de sua resistência interna, o que leva a uma diminuição irreversível de sua capacidade. Usar dispositivos cuja capacidade residual seja inferior a 70% não é rentável, portanto o valor do indicador deve ser considerado como 0,7.

Ao contrário da crença popular, a eficiência da bateria – relação entre a energia recebida e fornecida – não deve ser incluída no cálculo. O indicador de capacidade da bateria especificado na documentação técnica já considera o volume possível para descarga.

Em conclusão, o valor do coeficiente integral ao calcular a capacidade necessária para novas baterias será aproximadamente 0,8, e para baterias antigas, antes de seu descarte – 0,55.

Para fornecer energia elétrica à casa com um ciclo de carga-descarga de 1 dia, serão necessárias 12 baterias. Quando um bloco de 6 dispositivos estiver descarregando, o segundo bloco estará carregando.

Correntes máximas admissíveis

Para cada bateria, na documentação técnica, está especificada a corrente de carga máxima permitida. Exceder esse valor leva ao superaquecimento do dispositivo, bem como a uma redução abrupta e irreversível de seu desempenho.

Portanto, ao escolher baterias para montagem de sistemas com bateria, é necessário garantir que elas possam suportar o consumo da eletricidade gerada pelos painéis solares.

Outro indicador importante – a corrente de descarga permitida:

• Corrente de descarga nominal, para a qual (ou valor inferior) a bateria foi projetada. O funcionamento de todos os equipamentos elétricos conectados ao sistema deve ser garantido por esse indicador.
• Corrente de descarga máxima que o dispositivo pode fornecer brevemente sob cargas de pico. Essas cargas podem ocorrer ao ligar alguns equipamentos, por exemplo, que contenham compressores de geladeira ou ar condicionado.

Exceder o primeiro indicador por um longo período ou o segundo por um curto período leva ao desgaste prematuro da bateria. Com o envelhecimento dos dispositivos, esses indicadores diminuem em 20-30%, o que também deve ser considerado.

Características do dispositivo e principais parâmetros

Baterias automotivas não são projetadas para trabalhar com um grande número de ciclos de carga e descarga. Para energia alternativa e de reserva, são usados dispositivos de outro tipo. Como seu custo é alto, é necessário estudar cuidadosamente todos os parâmetros antes da compra.

Os modos de operação da bateria em um veículo e em um sistema de energia alternativa são tão diferentes que sua finalidade é indicada até mesmo no próprio dispositivo

Tipos utilizados para energia alternativa

Praticamente todas as baterias usadas em energia alternativa e instaladas em edifícios são do tipo livre de manutenção. O usuário não tem a possibilidade de realizar operações físicas que afetem sua estrutura.

Isso é feito para minimizar o risco de impacto físico ou químico das baterias sobre pessoas, ar e objetos ao redor. Portanto, não há necessidade de um estudo detalhado da estrutura e das nuances físico-químicas do funcionamento de baterias de diferentes tipos. Maior atenção deve ser dada às diferenças nas principais características técnicas dos dispositivos.

As baterias OPzS são construídas de forma semelhante aos dispositivos de chumbo-ácido mais simples. A mudança na forma da placa positiva permite garantir um número significativamente maior de ciclos de carga e descarga do que nos equivalentes automotivos.

A desvantagem é a presença de eletrólito líquido, o que pode ser perigoso em caso de despressurização. Nicho de preço médio.

Baterias alcalinas (de níquel) são raramente usadas devido à sua insensibilidade a correntes baixas durante a carga e à necessidade de passar por um ciclo completo do estado carregado ao descarregado. Caso contrário, ocorrerá uma redução da capacidade da bateria.

Estes dispositivos também têm maior peso e dimensões em comparação com os concorrentes de mesma capacidade. São perigosos em caso de despressurização. Ocupam um nicho de baixo custo.

A despressurização da bateria pode ocorrer devido a defeito interno, corrente de carga excessiva, queda de altura ou operação em condições inadequadas. Os maiores problemas serão causados por dispositivos que contenham líquidos perigosos quando evaporados.

Nas baterias AGM, o eletrólito encontra-se em estado ligado na estrutura de fibra de vidro. Podem ser carregadas com correntes baixas. São praticamente seguras e ocupam um nicho de preço médio entre as concorrentes.

Nas baterias GE (de gel), adiciona-se óxido de silício ao eletrólito, resultando num estado gelatinoso. Estes dispositivos possuem alto grau de segurança e boas características. Nicho de preço elevado.

Baterias para energias alternativas não são vendidas em lojas de automóveis. Podem ser adquiridas em empresas que vendem painéis solares, sistemas eólicos ou pela internet.

Baterias baseadas em lítio (por exemplo, modelos de lítio-ferro-fosfato) possuem características muito boas, são compactas, têm peso significativamente menor e são praticamente seguras. No entanto, seu custo é consideravelmente maior do que o de tipos concorrentes, até mesmo as de gel.

Do ponto de vista da relação custo-benefício, os tipos de baterias de gel e lítio são os mais atrativos. Mas os investimentos iniciais são muito elevados, por isso dispositivos de outros tipos também são amplamente difundidos no mercado de baterias para energias alternativas.

No mercado nacional, as seguintes marcas de baterias são ativamente procuradas:

As baterias apresentadas se caracterizam por excelentes características operacionais e preço acessível.

Seleção do modelo de acumulador

Os principais parâmetros das baterias para energia solar aos quais você deve prestar atenção ao comprar são os seguintes:

• tensão e capacidade, que determinam a potência da bateria;
• profundidade de descarga máxima segura, cujo cumprimento permite que a bateria funcione dentro dos prazos declarados pelo fabricante;
• número garantido de ciclos de carga e descarga quando todas as condições técnicas são atendidas;
• taxa de autodescarga, que caracteriza a intensidade da perda de energia elétrica em uma bateria carregada em repouso;
• corrente máxima de carga, que determina a quantidade de energia elétrica por unidade de tempo que a bateria pode aceitar sem prejudicar o funcionamento futuro;
• corrente de descarga nominal, que determina a quantidade de energia elétrica por unidade de tempo que a bateria pode fornecer continuamente sem prejudicar o funcionamento futuro;
• corrente máxima de descarga, que determina a quantidade de energia elétrica por unidade de tempo que a bateria pode fornecer por curto período sem prejudicar o funcionamento futuro;
• temperatura ideal para o funcionamento do dispositivo;
• tamanho e peso da bateria, cujo conhecimento é necessário para escolher o local de instalação e o método de montagem.

Todos esses parâmetros estão descritos na documentação técnica, que é disponibilizada em formato eletrônico no site de todos os grandes fabricantes.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Visão geral das nuances do funcionamento de baterias de diferentes tipos para sistemas solares:

Comparação de diferentes tipos de baterias de arranque. Vantagens e desvantagens para energia alternativa:

Experiência no uso de baterias de lítio (LiFePo4). Um bloco real de dispositivos automotivos, nuances de seu funcionamento:

A escolha correta de baterias de acordo com seus parâmetros garantirá a operação confiável de um sistema de energia alternativo. Não economize excessivamente no bloco de armazenamento de energia – os investimentos iniciais serão compensados pela operação ininterrupta do sistema por vários anos.

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