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Solução integrada para sistemas FV híbridos com armazenamento

Sistemas híbridos vão possibilitar a tão sonhada independência energética dos consumidores

Autor: 22 de novembro de 2021Artigos técnicos
Solução integrada para sistemas FV híbridos com armazenamento

Sistema híbrido pode operar on-grid ou off-grid, utilizar fontes distintas, ou mesclar com baterias elétricas

O armazenamento de energia associado aos sistemas fotovoltaicos vem ganhando espaço em todo o mundo, seja por razões econômicas, técnicas ou político-regulatórias. 

Antes restritos aos sistemas off-grid, os bancos de baterias hoje são uma complementação importante para os sistemas fotovoltaicos conectados à rede ou híbridos, que podem operar tanto conectados (on-grid) ou atuando como backup (off-grid).

Muitos fabricantes do mercado têm trabalhado para disponibilizar equipamentos e soluções para sistemas híbridos, incluindo inversores e bancos de baterias de lítio com BMS (battery management system).

Aqui cabe um pequeno parêntese: o que são os sistemas híbridos? Duas definições são comumente utilizadas no mercado e se confundem um pouco. 

Um sistema híbrido pode ser aquele que opera em dois modos diferentes: on-grid ou off-grid. Por outro lado, também pode ser híbrido um sistema que utiliza fontes distintas de energia ou mescla alguma fonte (como a solar fotovoltaica) e baterias elétricas. 

Em alguns casos, os sistemas são híbridos em todos os sentidos: empregam baterias para armazenamento, mesclam diversas fontes de energia e possuem diferentes modos de operação.

Os sistemas híbridos de energia já são uma realidade em qualquer escala imaginável: desde a microgeração até a geração centralizada de energia elétrica. 

Na geração centralizada já se empregam os chamados BESS (battery energy storage systems), que permitem a regulação da intermitência da geração de energia, auxiliam no controle da estabilidade do sistema elétrico ou reduzem o LCOE (levelized cost of energy) das usinas fotovoltaicas e eólicas. 

No nível da micro ou da minigeração de energia elétrica, os sistemas híbridos podem desempenhar várias funções:

  • prover melhor gerenciamento de energia nas residências, evitando a injeção de energia na rede elétrica e priorizando a geração própria;
  • proporcionar segurança nas instalações comerciais através da função de backup ou pela redução da demanda durante picos de consumo;
  • reduzir o custo da energia com a estratégia de energy shift (armazenamento e injeção de energia em horários programados);
  • entre outras funções possíveis.

Dada a complexidade dos sistemas híbridos, que requerem inversores com diferentes características e modos de funcionamento, além dos bancos de baterias de lítio, que requerem complexos sistemas de BMS, os sistemas híbridos estão atualmente passando por uma fase de entrada no mercado; que pode estar mais ou menos avançada em diferentes países. 

Aqui no Brasil os sistemas híbridos já começam a ser empregados e sua utilização deverá crescer nos próximos anos em razão dos fatores que mencionamos no início deste artigo (econômicos, técnicos ou político-regulatórios) e também pela rápida redução do custo das baterias em anos recentes. 

Depois dos sistemas fotovoltaicos conectados à rede, que já se disseminaram no mercado e caíram no gosto dos consumidores (no Brasil e no mundo), vivemos agora um momento em que os sistemas com armazenamento estão mostrando seu potencial.

Sistemas híbridos (como o da imagem abaixo) deverão tornar-se um padrão nas residências brasileiras nos próximos anos, assim como já vem ocorrendo em outros países. 

Na Austrália, por exemplo, muitos consumidores são impedidos de injetar energia na rede elétrica, sendo praticamente obrigatório o uso bancos de baterias associados aos sistemas fotovoltaicos. 

No Brasil os sistemas híbridos podem permitir que o consumidor se beneficie da tarifa branca (armazenando energia para consumir nos horários de pico) ou evite injetar energia na rede elétrica caso os benefícios do sistema de compensação de créditos da geração distribuída sejam reduzidos (com a cobrança de encargos pela energia injetada). 

Em outras palavras, os sistemas híbridos vão possibilitar a tão sonhada independência energética dos consumidores, sem amarras ou restrições impostas pelas empresas ou agências reguladoras do setor elétrico.

sistema híbrido (solar FV e baterias) com solução integrad. Fonte: Solax Power/reprodução

Sistema híbrido (solar FV e baterias) com solução integrad. Fonte: Solax Power/reprodução

Basicamente, duas soluções para sistemas híbridos podem ser encontradas no mercado: inversores multiportas, que possuem entradas para fonte de energia (solar FV, por exemplo) e bancos de baterias; ou sistemas que integram componentes de forma modular, como ilustra a figura a seguir.

Sistema híbrido formado pela integração de diversos componentes. Fonte: Solax Power/reprodução

Sistema híbrido formado pela integração de diversos componentes. Fonte: Solax Power/reprodução

Normalmente em residências e pequenos sistemas um ou dois inversores multiportas pode ser suficiente. Em sistemas mais exigentes ou de maior porte, a solução modular provida pela integração de equipamentos permite maior flexibilidade e liberdade no dimensionamento dos componentes.

No diagrama acima, o sistema híbrido é composto por um inversor CC/CA fotovoltaico (que pode possuir saídas on e off-grid, como no exemplo), por um sistema de baterias (com inversor CC/CA e sistema de BMS embutidos) e um painel de integração, que realiza as conexões entre os dispositivos, as fontes de alimentação e as cargas consumidoras.

A solução da Solax Power, que estamos exemplificando neste artigo, permite a integração de todos os componentes de forma fácil e elegante. Uma célula básica é composta por uma estrutura vertical que agrega esses três componentes: um inversor solar on-grid (na parte superior), uma Matebox (caixa agregadora, situada no centro) e um banco de baterias de lítio (na parte inferior). 

Através da Matebox podem ser agregadas múltiplas colunas verticais, com o número de inversores e bancos de baterias necessários de acordo com a necessidade de cada projeto.

Célula vertical composta por inversor on-grid, Matebox e banco de baterias. Fonte: Solax Power/reprodução

Célula vertical composta por inversor on-grid, Matebox e banco de baterias. Fonte: Solax Power/reprodução

O sistema ilustrado na figura acima emprega os seguintes componentes da Solax Power:

  • Inversor da família X1 Hybrid G4, disponível em potências de 4,5 kW a 10 kW, trifásicos, com modos de operação on-grid e off-grid;
  • Matebox, para a agregação dos componentes sem a necessidade de cabeamento externo, proporcionando instalações elegantes e rápidas;
  • Banco de baterias Triple Power 3.0.
Componentes da Solax Power para soluções híbridas com energia solar e baterias. Fonte: Solax Power/reprodução

Componentes da Solax Power para soluções híbridas com energia solar e baterias. Fonte: Solax Power/reprodução

Canal Solar

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Equipe de Engenharia do Canal Solar

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