Entenda na prática como dimensionar sistemas híbridos com bateria

Com participação de Yghor Corrêa – Diretor comercial da Solextron Brasil

O mercado brasileiro de energia solar está passando por uma revolução silenciosa e extremamente lucrativa: a era das baterias. 

Se até pouco tempo o custo tornava o armazenamento uma tecnologia pouco viável em um mercado altamente sensível a preço, o cenário atual apresenta mudanças significativas. 

Os preços despencaram e as baterias já são oferecidas no Brasil a valores antes inimagináveis.

Quando somamos essa redução drástica de custos à nossa alta irradiância solar e aos menores custos operacionais, chegamos a um fato surpreendente: o retorno sobre o investimento (ROI) de sistemas com baterias no Brasil já supera o de países europeus desenvolvidos. Estamos diante de uma oportunidade de ouro para os integradores que souberem se posicionar agora.

Um problema crucial do desenvolvimento de mercado no Brasil hoje é uma notória falta de conhecimento para dimensionamento do sistema solar com bateria. 

Infelizmente, hoje os integradores são frequentemente expostos a cursos de dimensionamento de bateria baseados em simulações imprecisas de planilhas de excel. 

Ao invés de seguir o exemplo de países desenvolvidos e promover o uso de ferramentas profissionais, o mercado segue em direção a baixa qualidade.

As dificuldades do dimensionamento de baterias são duas:

1. É necessário a disponibilidade de perfis de consumo representativos, perfis de tarifa de eletricidade, perfis de simulações de geração de energia solar com alta precisão, assim como modelos físicos e elétricos de baterias que possam executar em tempo rápido simulações dinâmicas de carga e descarga hora-a-hora para o período de 365 dias. Todas essas informações são impossíveis de gerar e simular em uma planilha de excel com nível aceitável de precisão.
2. Existem casos diferentes de uso de baterias com energia solar, com diferentes operações (ou despacho) e casos de negócios, como por exemplo, exportação de energia solar excedente limitada, limitação de importação de energia da rede para maximizar autoconsumo ou prevenir ultrapassagem do pico de demanda contratada (peak shaving), cobertura de consumo em horários de tarifa de ponta, back-up/UPS de energia e sistemas off-grid com ou sem gerador a diesel. Isso requer controle dinâmico da bateria sobre diferentes perfis de geração solar, o que é impossível em uma planilha.

Até hoje, quem buscava profissionalização de bom nível encontrava poucas ferramentas estrangeiras (como Homer ou PVsol), as quais são extremamente caras, lentas e complicadas de operar. Mas a boa notícia é que não precisa ser assim.

Para revolucionar este cenário, a Solextron, desenvolvida na Suíça, chegou ao mercado junto a Belenergy como a única plataforma de design capaz de realizar um dimensionamento preciso, rápido e inteligente. 

Tudo isso aliado a um formato incrivelmente fácil de usar, com inputs simples, interface amigável e processos totalmente adaptados às regras de negócio e normas do mercado brasileiro. 

A plataforma faz uso de inteligência artificial para realizar cálculos de alta complexidade com extrema rapidez. Nesse artigo vamos demonstrar na prática como projetar um sistema híbrido na Solextron.

No seguinte exemplo, executado no simulador Solextron, é apresentado o dimensionamento de um sistema solar de 8,3 kWp instalado em um prédio comercial em São Paulo. Para a simulação, foi considerado um consumo anual de 10.000 kWh, utilizando um perfil de típico consumo residencial brasileiro. 

Note que o consumo maior é durante o período da noite, o que é típico no Brasil. A modalidade tarifária considerada foi a tarifa branca, com período de ponta no fim da tarde.

Perfis energéticos sem bateria

Antes de analisar o dimensionamento com baterias, é importante compreender a dinâmica energética de uma instalação solar. Na figura abaixo, é possível ver em laranja a geração de energia solar típica de um dia ensolarado, em verde o perfil de consumo diário, em vermelho, o excedente de energia solar que não foi consumida e é exportada para a rede, e em marrom, a energia importada da rede quando não há geração solar.

A seguir, analisaremos essa mesma unidade consumidora com bateria em diferentes cenários de aplicação.

Maximização de Autoconsumo e Imunidade às Incertezas da Lei 14.300

Com o atual fator de simultaneidade e a possibilidade de revisão do sistema de compensação em 2029 (o que pode reduzir o valor da energia exportada, como ocorreu em países europeus), utilizar a rede como “bateria virtual” pode se tornar menos atrativo no futuro. 

Diante dessas incertezas jurídicas e tarifárias, o uso de baterias tende a ser uma alternativa estratégica para maximizar o autoconsumo.

A dinâmica de energia é apresentada de forma visual (como mostra a Figura 3): A bateria (curva rosa) armazena o excedente de geração solar não consumido e o descarrega quando o consumo supera a geração. 

Mas a pergunta de ouro que todo integrador precisa responder na mesa de negociação é: “Esta bateria foi dimensionada corretamente ou o cliente está desperdiçando dinheiro?” 

Para responder essa pergunta a plataforma fornece um comparativo instantâneo do cenário com e sem bateria através de três indicadores cruciais para fechar o negócio: Payback ou ROI, independência de rede e fator de utilização. 

O ROI indica em quanto tempo o investimento inicial é recuperado, a independência de rede mostra a porcentagem de energia solar que será consumida, indicando o grau de autonomia em relação à concessionária, e por fim o fator de utilização serve como indicador de bom dimensionamento. 

Ele mede o quanto a bateria é efetivamente utilizada, indicando quantos ciclos de carga e descarga ocorrem por dia. Um fator de 100% significa um ciclo completo diário. A regra de ouro é: resultados acima de 70% indicam que o dimensionamento é eficiente, garantindo que o cliente não comprou uma bateria cara que não está sendo utilizada frequentemente.

No exemplo analisado, embora o ROI apresente um acréscimo natural de cerca de um ano devido à inclusão da bateria, o sistema apresentou um aumento de 18% na independência energética, utilizando o armazenamento de forma eficiente ao longo do ano.

Arbitragem tarifária – Escolha o custo da sua energia

A tarifa branca permite pagar menos durante o período fora de ponta, e mais durante o período de ponta. Isso ocorre também em outras modalidades tarifárias como os consumidores do grupo A, por exemplo. O problema é que a energia solar é gerada durante o dia, mas o maior consumo, onde a tarifa de ponta é maior, é tipicamente durante a noite. Além disso, o crédito de energia gerada durante fora-ponta tem valor menor que o de ponta, e a bateria consegue compensar essa diferença. Neste caso, a bateria carrega com a energia solar durante o dia e descarrega de noite no horário de ponta, gerando os perfis a seguir (figura 4):

Neste caso, a bateria priorizou armazenar a energia apenas para cobrir a tarifa de ponta, e assim foi menos utilizada, i.e., com fator de utilização menor (73%) e consequentemente menor independência da rede (43%). É um exemplo simples com o uso do sistema que estamos adotando como o padrão para os testes apresentados aqui, mas a ferramenta da Solextron também pode realizar esse tipo de análise para consumidores do grupo A, considerando as tarifas (que já são carregadas automáticamente pela plataforma com base no local de instalação) e viabilizando projetos em C&I com cálculos corretos e um retorno atrativo a depender da diferença tarifária entre ponta e fora ponta.

1 -Expansão de negócios, sem multas de demanda com “Peak Shaving”

Instalações com equipamentos de alta potência precisam pagar por uma potência máxima de demanda contratada a fim de ter a infra estrutura necessária da rede. O problema é que quando a potência importada da rede excede a demanda contratada, a unidade consumidora recebe uma multa da concessionária. Situações como a realização de um grande evento em um shopping center durante a noite, ou o religamento não programado de máquinas em uma linha de produção ou até mesmo a expansão de algum processo do cliente podem exceder muito o seu consumo típico.

No exemplo, o pico de demanda foi limitada a 2kW para exemplificar esse limite de consumo citado acima. É possível observar na figura 5 o descarregamento da bateria no momento em que a demanda ultrapassa os 2kW de limite, demonstrando exatamente como seria o comportamento para qualquer caso que se enquadre nesse cenário de “Peak shaving”. Solucione o problema de limitação de rede ou de multas constantes do seu cliente com a abordagem correta. A tabela abaixo demonstra os indicadores já explicados anteriormente para esse caso, novamente com o dimensionamento correto balizado pelo fator de utilização.

2- Bateria como aliada contra inversão de fluxo

Em 2024, a ANEEL chancelou a portaria REN Nº 1.098/2024, que obriga estudos de inversão de fluxo para unidades consumidoras com mais de 7,5 kWp instalados. Estes projetos podem ser recusados caso não atendam aos limites permitidos de injeção na rede, que em muitos casos pode ser zero. A recusa já ocorre diariamente em diversos estados do Brasil e nesse caso o objetivo da bateria é aumentar o máximo possível o autoconsumo, a fim de tentar diminuir a exportação de energia para a rede como é mostrado na figura 6 para a unidade consumidora com uma e duas baterias. 

Nessa estratégia, o modo “zero export” ou “grid zero” do inversor atua como um aliado, evitando 100% da exportação para a rede, enquanto a bateria cumpre seu papel de deixar mais energia a um custo menor, uma vez que aumenta o auto consumo da energia solar. O “grid zero” tem de ser necessariamente selecionado no inversor, pois devido a variações de geração solar no inverno e verão, é impossível apenas com a bateria evitar 100% de exportação para a rede. Enquanto a bateria cumpre seu papel em reduzir significativamente a exportação, o sistema fica mais caro, o sistema se torna mais caro, aumentando o tempo de retorno de investimento (ROI). assim como a independência da rede, enquanto o fator de utilização reduz indicando que a segunda bateria começa a sobredimensionar o sistema.

3- Garanta a energia do seu cliente com sistemas de Back-up e UPS

Várias regiões do Brasil sofrem com instabilidade da rede, em alguns casos diariamente. Sistemas com baterias podem ser usados como proteção contra a queda de energia, aumentando o conforto e resiliência do consumidor em relação à rede. Isso é fundamental para estabelecimentos comerciais e industriais,que sofrem com prejuízos financeiros e podem até ficar incapacitados de operar ou perder insumos valiosos quando sem energia. A seguinte simulação assume o período de queda da rede entre 16 e 20 horas, geralmente fornecidos pela concessionária com base em frequência estatística. 

Para back-up, um novo indicador é importante, o atendimento das horas prioritárias que corresponde à porcentagem de horas cobertas pela bateria em relação ao período de falta de energia. Os resultados mostrados a seguir indicam que apenas duas baterias conseguem cobrir praticamente todas as horas críticas, sendo esse o dimensionamento recomendado de baterias para esse caso. Note que o ROI aumenta devido ao custo adicional das baterias, mas custos com produção parada, clientes e matéria prima perdidas podem facilmente ser adicionados à essa equação na hora da negociação comercial para vender valor e segurança ao seu cliente, tornando o aumento dos custos um detalhe frente aos benefícios.

4- Bateria para sistemas Off-grid com gerador a diesel

Em instalações isoladas, geralmente rurais e sem acesso à rede elétrica, a energia solar associada a baterias pode ser uma aliada e fornecer energia para atividades do dia a dia. Assim como no caso de back-up, é necessário indicar os períodos em que o proprietário precisa da energia, em outras palavras, as horas prioritárias, mas neste caso a opção “carregar da rede” deve ser desativada. Enquanto já sabemos do exemplo anterior que duas baterias conseguem atender quase todas as horas prioritárias, dois novos indicadores tornam-se relevantes, o déficit de energia que deve ser coberto pelo o gerador a diesel, e a perda total solar que é a energia solar que não será usada para consumo e acaba sendo suprimida pelo inversor solar. 

Observa-se agora que o proprietário economiza cerca de 37% do diesel que seria necessário sem o uso de baterias para cobrir as horas críticas, e menos da energia solar é perdida. Isso não significa necessariamente que é possível reduzir a capacidade solar instalada, pois existem variações de geração e consumo hora a hora em também sazonais, que podem gerar falta de energia para o consumo e/ou bateria, mas demonstra que a bateria pode auxiliar até em casos mais extremos e reduzir os custos da operação do cliente.

Os cálculos reais para sistemas de armazenamento de bateria exigem modelos físicos, elétricos e financeiros de alta complexidade. Projetar milhares de reais em equipamentos utilizando cursos de simulação amadores ou planilhas de Excel é apostar cegamente com o dinheiro do seu cliente.

O integrador brasileiro pode (e deve) acessar as melhores tecnologias do mercado. A Solextron, em parceria estratégica com a Belenergy, traz a solução de design número um do mundo — robusta nos cálculos, mas incrivelmente intuitiva e rápida na realização dos projetos.

Dê o salto tecnológico definitivo na sua empresa. Apresente propostas inquestionáveis, garanta instalações impecáveis e venda muito mais, transmitindo autoridade e precisão. Conheça a plataforma Solextron hoje mesmo e prepare-se para liderar a revolução das baterias no Brasil conosco! 

As opiniões e informações expressas são de exclusiva responsabilidade do autor e não obrigatoriamente representam a posição oficial do Canal Solar.