A demanda por energia renovável tem aumentado, porém, a indústria fotovoltaica ainda enfrenta desafios, como reduzir o LCOE (Custo Nivelado de Energia), melhorar a eficiência de O&M (Operação e Manutenção), manter a estabilidade da rede elétrica à medida que mais energia chega a essa rede e garantir a segurança do sistema de ponta a ponta.
“Em meio ao rápido crescimento da indústria fotovoltaica, esses desafios também trazem oportunidades”, disse Chen Guoguang, presidente da Huawei Smart PV+ESS Business.
Diante deste cenário, o executivo elencou 10 tendências de energia fotovoltaica inteligente que chegarão em 2023.
As 10 principais tendências de armazenamento de energia em 2023
Tendência 1: gerador FV+ESS
A energia renovável inserida nas redes elétricas pode causar problemas técnicos complexos em termos de estabilidade do sistema, equilíbrio e qualidade de energia.
Dessa forma, novas soluções podem aumentar o controle sobre a energia ativa/reativa e a capacidade de resposta, além de atenuar flutuações de frequência e tensão.
Com a integração entre a tecnologia fotovoltaica, o ESS (Energy Storage System) e a tecnologia Grid Forming, é possível construir geradores inteligentes ou ‘Smart PV+ESS Generators’ que usam controle de fonte de tensão, ao invés de controle de fonte de corrente, e fornecem forte suporte de inércia, estabilização de tensão transiente e capacidades FRT (fault ride-through).
Um case que também é um marco nessa prática é o projeto Red Sea, na Arábia Saudita, para o qual a Huawei, como um dos principais parceiros, forneceu o conjunto de soluções, incluindo controlador fotovoltaico inteligente e sistema de armazenamento de energia de bateria de lítio (BESS).
Este projeto usa 400 MW PV e 1,3 GWh ESS para apoiar a rede elétrica, substitui os geradores a diesel tradicionais e fornece energia limpa e estável para 1 milhão de pessoas, construindo a primeira cidade do mundo alimentada 100% por energia renovável.
Tendência 2: alta densidade e confiabilidade
Alta potência e confiabilidade de equipamentos em usinas fotovoltaicas são a tendência. Por exemplo, atualmente, a tensão CC dos inversores fotovoltaicos passou de 1100 V para 1500 V.
Com a aplicação de novos materiais, como carboneto de silício (SiC) e nitreto de gálio (GaN), bem como a integração total entre digital, eletrônica de potência e tecnologias de gerenciamento térmico, estima-se que a densidade de potência dos inversores aumentará em cerca de 50% nos próximos cinco anos e a alta confiabilidade poderá ser mantida.
A usina fotovoltaica de 2,2 GW em Qinghai, na China, fica a 3.100 m acima do nível do mar e possui 9.216 controladores inversores fotovoltaicos inteligentes da Huawei funcionando de forma estável. O total de horas de disponibilidade dos inversores Huawei excede 20 milhões de horas e a disponibilidade chega a 99,999%.
Tendência 3: MLPE
Impulsionado pelas políticas da indústria e pelo avanço da tecnologia, a energia fotovoltaica testemunhou um desenvolvimento vigoroso nos últimos anos. No entanto, há desafios tais como aproveitar melhor e aumentar as instalações em telhados, promover alto rendimento energético e garantir a segurança do sistema PV+ESS. Portanto, uma gestão mais refinada é necessária.
Em um sistema fotovoltaico, o MLPE (Module Level Power Electronics) refere-se a equipamentos eletrônicos de potência que podem executar um controle refinado em um ou mais módulos fotovoltaicos, incluindo micro inversores, otimizadores de energia e seccionadores.
O MLPE apresenta algumas vantagens, como geração de energia em nível de módulo, monitoramento e desligamento seguro. Como os sistemas fotovoltaicos estão se tornando mais seguros e inteligentes, a taxa de penetração do MLPE no mercado fotovoltaico distribuído deve atingir de 20% a 30% até 2027.
Tendência 4: Armazenamento Smart String
Em comparação com as soluções ESS centralizadas tradicionais, a solução Smart String ESS adota uma arquitetura distribuída e um design modular. Ela usa tecnologias inovadoras e gerenciamento inteligente digital para otimizar a energia no nível da bateria e controlar a energia no nível do rack.
Isso resulta, consequentemente, em mais energia de descarga, bem como segurança e confiabilidade durante todo o ciclo de vida do ESS, além de otimização de investimentos e custos.
Em 2022, no projeto ESS de 200 MW/200 MWh em Cingapura para fins de regulação de frequência e reserva giratória, o maior projeto BESS no sudeste da Ásia, o Smart String ESS implementou gerenciamento refinado de carga e descarga.
O objetivo era obter uma saída de energia constante por mais tempo e garantir benefícios de regulação de frequência. Além disso, a função de calibração automática SOC no nível da bateria reduz custos de mão de obra e melhora muito a eficiência de O&M.
Tendência 5: gerenciamento refinado no nível da célula
Semelhante aos sistemas fotovoltaicos que estão mudando para o MLPE, os BESSs de lítio devem se desenvolver para um gerenciamento mais eficiente. Somente um gerenciamento refinado no nível da célula (Cell-Level Refined Management) da bateria pode lidar melhor com os problemas de eficiência e segurança.
Atualmente, o sistema tradicional de BMS (Battery Management System) só pode analisar dados limitados, sendo quase impossível detectar falhas e gerar avisos no estágio inicial. Portanto, o BMS precisa ser mais sensível, inteligente e até preditivo. Isso depende da coleta e processamento de uma grande quantidade de dados e de tecnologias de IA para encontrar o modo operacional ideal.
Tendência 6: integração FV+ESS+Grade
O setor de geração de energia tem buscado cada vez mais alternativas que integrem FV+ESS e que forneçam eletricidade por meio de linhas de transmissão de energia UHV.
Do lado do consumo de energia, as VPPs (Centrais Elétricas Virtuais) estão se tornando cada vez mais populares em muitos países. As VPPs combinam sistemas fotovoltaicos distribuídos massivos, ESSs e cargas controláveis, e implementam programação flexível em unidades de geração de energia e de armazenamento de modo a atingir redução de pico.
Portanto, a construção de um sistema de energia estável que integre o FV+ESS+Grid para apoiar o fornecimento de energia fotovoltaica e a alimentação da rede se tornará uma medida fundamental para garantir a segurança energética.
Podemos integrar tecnologias digitais, eletrônica de potência e armazenamento de energia para alcançar um sistema multi-energético. As Centrais Elétricas Virtuais podem gerenciar, operar e comercializar de forma inteligente a energia de sistemas FV+ESS distribuídos em massa por meio de várias tecnologias, incluindo 5G, IA e tecnologias de nuvem, que entrarão em prática em mais países nos próximos anos.
Tendência 7: segurança aprimorada
A segurança é a pedra angular no desenvolvimento da indústria de FV+ESS. Um sistema de segurança atualizado exige a análise sistemática de todos os cenários e integrações, incluindo eletrônica de potência, eletroquímica, gerenciamento térmico e tecnologias digitais.
Em uma planta fotovoltaica, as falhas causadas na corrente contínua representam mais de 70% de todas as falhas. Portanto, o inversor precisa suportar a desconexão do string inteligente e a detecção automática do conector.
No cenário fotovoltaico distribuído, a função AFCI (Arc Fault Circuit Interrupter) se tornará uma configuração padrão e a função de desligamento rápido em nível de módulo garantirá a segurança do pessoal de manutenção e dos bombeiros.
No cenário do ESS, várias tecnologias, como eletrônica de potência, nuvem e IA, precisam ser usadas para implementar o gerenciamento refinado do ESS, desde as células da bateria até o sistema inteiro.
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O modo de proteção tradicional baseado em resposta passiva e isolamento físico é alterado para proteção automática ativa em um projeto de segurança multidimensional de hardware para software e de estrutura para algoritmo.
Tendência 8: segurança e confiabilidade
Os sistemas fotovoltaicos também apresentam riscos de segurança dos equipamentos e da informação. Os riscos de segurança dos equipamentos referem-se principalmente ao desligamento causado por falhas. Os riscos de segurança da informação referem-se a ataques de rede externa.
Para lidar com esses desafios e ameaças, empresas e organizações precisam estabelecer um conjunto completo de mecanismos de gerenciamento de “segurança e confiabilidade”, incluindo protocolos de confiança, disponibilidade, segurança e resiliência de sistemas e dispositivos. Também é necessário implementar proteção para segurança pessoal e ambiental, bem como de privacidade de dados.
Tendência 9: digitalização
As usinas fotovoltaicas convencionais possuem uma grande quantidade de equipamentos e carecem de canais de coleta de informações e de emissão de relatórios em tempo real. A maioria dos equipamentos não consegue se “comunicar” uns com os outros, dificultando a implementação de um gerenciamento mais eficiente.
Com a introdução de tecnologias digitais avançadas, como 5G, Internet das Coisas (IoT), computação em nuvem, tecnologias de detecção e big data, as usinas fotovoltaicas podem enviar e receber informações usando “bits” (fluxos de informações) para gerenciar “watts” (fluxos de energia). Todo o elo de geração-transmissão-armazenamento-distribuição-consumo é visível, gerenciável e controlável.
Tendência 10: aplicação de IA
À medida em que o setor de energia avança para uma era de dados, a coleta, a utilização e a maximização de informações tornam-se as principais preocupações do setor elétrico.
As tecnologias de IA (inteligência artificial) podem ser amplamente utilizadas no setor de energia renovável e desempenham um papel indispensável em todo o ciclo de vida do FV+ESS, incluindo fabricação, construção, O&M, otimização e operação.
No caso, a convergência entre IA e tecnologias como computação em nuvem e big data está se aprofundando, e a cadeia de ferramentas com foco em processamento de dados, treinamento de modelos, implantação e operação e monitoramento de segurança está crescendo.
No campo das energias renováveis, a IA, assim como a eletrônica de potência e as tecnologias digitais, impulsiona uma profunda transformação da indústria. As soluções convergentes de 5G, nuvem e IA estão moldando um mundo onde todas as coisas podem ser controladas.
