Dimensionamento de sistemas híbridos zero grid com baterias e fator de simultaneidade

Qual a importância do fator de simultaneidade ao dimensionar um sistema com bateria sem injeção de energia na rede?
Dimensionamento de sistemas híbridos zero grid com baterias e fator de simultaneidade
As aplicações de sistemas híbridos com baterias são diversas. Foto:

Artigo publicado na 22ª edição da Revista Canal Solar. Clique aqui e baixe agora gratuitamente!

O ano de 2024 começou bastante promissor para o mercado de sistemas fotovoltaicos híbridos. Nas convenções, congressos e palestras do setor, há um aumento significativo dos temas a este respeito e começa-se a perceber uma maior interação de todos os agentes da cadeia (fabricantes, distribuidores, integradores, concessionárias de energia e consumidores finais) quando o assunto é inversores híbridos e baterias.

Apesar de ainda não se ter nenhum dado oficial sobre as vendas deste tipo de kit até o momento da escrita deste artigo, já há relatos entre os fabricantes, distribuidores e integradores de que há um aumento expressivo na procura e consequentemente na venda deste tipo de sistema. Já se fala, inclusive, de falta de equipamentos no mercado devido a alta nas vendas.

As aplicações de sistemas fotovoltaicos híbridos com armazenamento de energia são inúmeras e as principais serão relatadas neste texto. Antes, vamos relembrar o conceito de sistemas híbridos, que nada mais é que a combinação de diferentes fontes de energia para compor a alimentação de determinados sistemas.

A união de diferentes fontes, por exemplo a solar e a rede de distribuição (que pode ser a combinação de outras fontes), oferece grandes vantagens já que combina as características de sistemas on-grid e off-grid, ou seja, a conexão com a rede e o armazenamento de energia.

As aplicações de sistemas híbridos com baterias são diversas e podemos destacar: sistemas backup, cobertura de horário de ponta (time of use / time shifting), controle de demanda (peak-shaving), sem injeção na rede (grid-zero), entre outros. Vale destacar que, em geral, quando bem dimensionado, é possível entregar mais de uma função em um mesmo projeto.

Os sistemas de backup tem como objetivo principal a entrega de energia nos períodos de falta da rede pública, ou seja, garantir o fornecimento de energia às cargas nos momentos em que ocorrem falhas na rede da concessionária.

Algumas cargas são críticas para o sistema, como sistemas de CFTV, computadores e banco de dados, iluminação, entre outras.

Portanto, muitas estratégias utilizam as baterias para garantir o fornecimento a essas cargas críticas, garantindo que não haverá interrupção do fornecimento, mesmo que não se tenha energia disponível na rede das distribuidoras.

A cobertura do horário de ponta, ou do inglês, time shifting ou time of use, utiliza os sistemas de armazenamento para carregar as baterias em horários pré-programados ou que se tenha a geração solar (momentos em que a energia tem um preço mais baixo), e depois descarregá-las em horários convenientes, como os horários em que a energia da rede é mais cara (horário de ponta).

Outra estratégia é o controle de demanda ou do inglês peak shaving, onde a principal função é  fornecer energia para o sistema para que a demanda de uma unidade consumidora não seja ultrapassada ou até mesmo para cobrir a entrega de energia onde a rede é limitada ou insuficiente.

Há também a aplicação na mobilidade elétrica, com a ascensão dos veículos elétricos e o alto volume de vendas atuais, estratégias como a de controle de demanda utilizando baterias serão cada vez mais comuns, principalmente em condomínios, onde se deseja instalar pontos de carregamento elétrico e a demanda contratada é limitada, podendo ter um alto custo para um pedido de aumento de demanda e dependerá também da disponibilidade da rede local da distribuidora.

Destaca-se também os sistemas híbridos com armazenamento aplicados para evitar a injeção na rede ou controlar essa exportação de energia, conhecidos como grid-zero, zero export ou zero-grid. Sistemas zero-grid são uma estratégia de controle em um sistema fotovoltaico visando a não exportação ou limitação de exportação de energia para a rede da distribuidora.

Não é uma classificação de um tipo de sistema fotovoltaico, mas sim uma maneira de controle implementado dentro de um sistema fotovoltaico, seja ele on-grid ou híbrido.

É importante citar que pode-se ter o zero-grid com ou sem armazenamento, porém o armazenamento permite o aproveitamento da energia do sistema fotovoltaico nos momentos em que há excedente de geração em relação a carga, potencializando os ganhos financeiros.

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No contexto de dimensionamento de sistemas fotovoltaicos híbridos com baterias, o fator de simultaneidade exerce um papel muito relevante. Isso porque o dimensionamento do banco de baterias está diretamente relacionado à capacidade de energia que se deseja armazenar, e essa quantidade de energia está diretamente ligada ao perfil de consumo do cliente, ou seja, a curva de carga de cada consumidor.

Para contextualização, o fator de simultaneidade pode ser visto em outro artigo do canal solar: “Lei 14.300: O que é e como calcular o fator de simultaneidade?”. O fator de simultaneidade é definido como a razão entre a energia autoconsumida e a energia gerada durante um determinado intervalo de tempo, simplificando, é a quantificação da geração do sistema solar que é direcionado para o consumo instantâneo.

A importância do fator no dimensionamento em sistemas fotovoltaicos híbridos com armazenamento pode ser explicada pelo simples motivo que a energia gerada que não é autoconsumida, pode ser armazenada e não exportada para a rede.

Portanto, o dimensionamento do banco de baterias estará relacionado a quantidade de energia que está sendo gerada e não consumida instantaneamente, assim, esse dimensionamento estará diretamente relacionado com o fator de simultaneidade.

Em situações atuais, desde o estabelecimento da Lei 14.300 e também da questão da inversão de fluxo em muitas distribuidoras, sistemas de armazenamento têm sido utilizados como alternativa à não exportação na rede.

Aliado a isso está o preço das baterias que caiu significativamente nos últimos anos. Os custos de rede que se pagam ao exportar ou até mesmo a impossibilidade de exportação na rede, tem feito que essa solução seja cada vez mais procurada pelos integradores do setor de energia solar fotovoltaica.

Sabendo desta dificuldade, a ideia da elaboração deste artigo é apresentar uma alternativa para o dimensionamento do banco de baterias sem necessitar de uma campanha de medição para levantar a curva de carga do cliente, visto que isso pode se tornar oneroso e impraticável para a simples elaboração de uma proposta de sistema híbrido para um cliente.

Para conferir a análise completa, basta baixar, gratuitamente, a Revista Canal Solar neste link.

Imagem de Geraldo Silveira
Geraldo Silveira
Doutorando e Mestre em Engenharia Elétrica pela UFMG (Universidade Federal de Minas Gerais). Graduado em Engenharia Elétrica pela UNIFEI (Universidade Federal de Itajubá). É especialista em energia solar fotovoltaica com atuação em projeto, execução e avaliação de usinas solares. É entusiasta em sistemas elétricos de energia e estudos de curtos-circuitos.

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