2 de agosto de 2021

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Viabilidade de sistemas fotovoltaicos com baterias no Brasil

Sistemas de armazenamento com baterias possuem alta flexibilidade, podendo ser aplicados em diversos sistemas FV

Autor: 26 de fevereiro de 2021Artigos técnicos
Viabilidade de sistemas fotovoltaicos com baterias no Brasil

O conceito de armazenamento de energia é amplo e a energia pode ser armazenada de diversas formas. Um tanque de óleo diesel, um estoque de carvão mineral e o reservatório de uma usina hidrelétrica são alguns dos exemplos de como a energia pode ser armazenada.

Dentre as possibilidades de armazenamento, uma em especial atrai grande atenção atualmente: as baterias. Isso porque sistemas de armazenamento com baterias possuem grande flexibilidade, podendo ser aplicados desde sistemas residenciais até grandes parques de geração.

Mas, afinal, por que o ser humano tem a necessidade de armazenar energia?

Isso tem a ver com a liberdade de poder consumir a energia quando for desejado. Ninguém quer se privar de acender uma lâmpada ou ligar uma televisão porque não há recursos energéticos disponíveis naquele exato momento.

Com uma sociedade cada vez mais tecnológica e digital, a disponibilidade do insumo energia elétrica ocupa um protagonismo nos quesitos de sustentabilidade, produtividade, rentabilidade e qualidade de vida, para citar alguns.

Em geral, há um movimento global crescente em busca de empoderamento, liberdade e descentralização, demandas que impulsionam o mercado de armazenamento.

Neste âmbito, tratamos nesse artigo sobre como as soluções de energia solar combinadas com armazenamento podem encontrar viabilidade atualmente.

Aplicações possíveis e potencialmente viáveis no Brasil

Agricultura

O agronegócio é a grande locomotiva da economia brasileira. Grande parte dos agricultores já está acostumada a investir em tecnologia. Colheitadeiras e plantadeiras sincronizadas e operadas com GPS, máquinas cada vez mais inteligentes, são alguns dos exemplos que mostram que o agricultor investe em tecnologias que agregam valor e elevam a produtividade. Com a energia solar não é diferente: muitos produtores já apostam em painéis fotovoltaicos para potencializar os seus negócios.

A aplicação de sistemas de armazenamento pode gerar ainda mais benefícios ao agronegócio. Por exemplo, um dos maiores gargalos no meio rural, sobretudo para os produtores de grãos (soja, milho, feijão etc.) é a chuva.

A falta de chuva pode provocar perdas em produtividade ou até dizimar uma safra toda. Uma oportunidade para gerar valor para os produtores é o emprego de sistemas solares off-grid (isolados) com baterias para, por exemplo, alimentar pivôs de irrigação.

Figura 1 - Sistemas de irrigação podem ser alimentados por sistemas off-grid de energia solar com baterias

Figura 1 – Sistemas de irrigação podem ser alimentados por sistemas off-grid de energia solar com baterias

Existem casos, já noticiados no Canal Solar, de produtores rurais que investiram em uma solução solar combinada com baterias e que dobraram o número de safras por ano ou que aumentaram de forma notável sua produtividade, colhendo mais sacas por hectare.

A conta a ser feita é a relação do ganho de produtividade versus o investimento realizado. O estudo de viabilidade deve ser montado em conjunto com o agricultor, que pode estimar historicamente quais foram as perdas causadas pela falta de chuva.

Outros ganhos menos tangíveis também podem ser potencializados. Por exemplo, em forma de uma maior previsibilidade produtiva, possibilitando a venda no mercado futuro, o que pode alavancar maiores resultados.

Outro exemplo de aplicações de baterias no campo são sistemas de backup. Por exemplo, produtores de leite, aves e proteínas em geral encontram na continuidade do consumo de eletricidade uma condição vital. Quedas de energia por períodos maiores que algumas horas podem causar perdas irreparáveis.

Por estarem, em geral, em regiões afastadas, conectadas ao final de alimentadores longos, estas propriedades têm muitos problemas com variações de tensão e quedas de energia. Estas inconstâncias podem provocar prejuízos, como o perecimento do estoque de leite armazenado nas câmaras frias ou, no caso de granjas, morte de aves. 

Soluções de backup podem ser realizadas com equipamentos específicos, que garantem o isolamento da rede quando operando com o fornecimento a partir das baterias. Esse isolamento é garantido, geralmente, através da abertura de uma chave de transferência, com o sistema operando de forma ilhada, totalmente independente da rede elétrica.

No momento em que o fornecimento de energia pela rede elétrica é restabelecido, o sistema volta a operar em paralelismo com a rede, sem o fornecimento das baterias.

A aplicação de sistemas com baterias para irrigação ou backup também pode ser implementada de forma conjugada com geradores a diesel. Nestes casos, o gerador a diesel opera como um formador de rede CA, permitindo que o inversor fotovoltaico convencional seja utilizado.

Para tanto, é necessária a utilização de controladores específicos, que irão controlar a produção de energia solar de acordo com o consumo de energia e com a operação do gerador a diesel. Estes controladores já existem no mercado atualmente e já são aplicados em projetos.

Alguns fabricantes de inversores fotovoltaicos também possuem soluções de controladores. Outros fabricantes de inversores possuem o controlador de forma embarcada, bastando fazer as ligações e as configurações da forma correta.

Residências

As aplicações residenciais também têm no armazenamento algumas soluções interessantes como, por exemplo, os sistemas de backup. Não é incomum as pessoas desejarem que a interrupção do fornecimento de energia não tenha impacto em seus hábitos. Desejam que seus eletrodomésticos, sistemas de iluminação e equipamentos eletrônicos continuem operando, seja por questões de necessidade ou até de conforto.

Sistemas off-grid também são aplicáveis em residências, principalmente nos casos em que estas se encontram em regiões mais afastadas como, por exemplo, em ilhas e comunidades ribeirinhas. Pode-se dizer que são casos de aplicação clássica de sistemas off-grid, sendo compostos por controladores de carga, baterias e inversor CC/CA.

Figura 2 - Sistema off-grid residencial instalado em Maringá-PR, com inversor off-grid Growatt e baterias Dyness. Fonte- imagem gentilmente cedida por Talysson Alves

Figura 2 – Sistema off-grid residencial instalado em Maringá-PR, com inversor off-grid Growatt e baterias Dyness. Fonte- imagem gentilmente cedida por Talysson Alves

O cálculo de payback nestes casos passa a não ser um fator decisivo na maioria dos casos, pois é difícil tangibilizar um valor para o conforto, pela conveniência de poder ter energia a todo momento, ou por simplesmente ter acesso à energia. O simples fato de ter acesso a energia elétrica com um investimento razoável, já é por si só o principal motivo.

Consumidores do grupo A

As aplicações para consumidores do grupo A também encontram benefícios no armazenamento. Enquadram-se nessa classe de consumo: indústrias, supermercados, shopping centers e hospitais, entre outros. Eles se caracterizam por consumir energia em média tensão (MT). 

Muitos destes consumidores possuem geradores a diesel como backup, que entram em operação quando há falta de energia. Além disso, esses geradores também acabam sendo utilizados para gerar a energia nos chamados horários de ponta. Estes consumidores pagam preços diferentes pela energia consumida no horário de ponta (HP) e no horário fora da ponta (HFP). 

Essa diferença chega a custar até 4 vezes mais no HP do que no HFP. Esse alto custo no HP, por mais incrível que possa parecer, pode tornar viável gerar energia com o óleo diesel. E isso é o que muitas empresas fazem, ou seja, desligam-se da rede e passam a se alimentar por geradores a diesel no HP.

Figura 3 - Sistema de backup instalado em Maringá-PR. O sistema opera no horário de ponta, proporcionando redução de custos, além de garantir o fornecimento nos momentos de queda de energia da rede pública. O sistema emprega inversores Fronius, baterias BYD e controladores Victron. Fonte: imagens gentilmente cedidas pela Aldo Solar

Figura 3 – Sistema de backup instalado em Maringá-PR. O sistema opera no horário de ponta, proporcionando redução de custos, além de garantir o fornecimento nos momentos de queda de energia da rede pública. O sistema emprega inversores Fronius, baterias BYD e controladores Victron. Fonte: imagens gentilmente cedidas pela Aldo Solar.

Em consumidores que possuem alta demanda no HP, sistemas de energia solar com armazenamento podem atuar em conjunto ou até substituir os geradores a diesel, proporcionando uma alternativa energética mais barata, limpa e sustentável. As baterias são menos poluentes e não produzem ruídos sonoros.

Além disso, desde que bem dimensionados e com bons equipamentos, sistemas com baterias requerem menos manutenção, e não necessitam abastecer o tanque de combustível. 

Outra possibilidade para consumidores do grupo A é a aplicação de peak shaving. Mas o que é isso de fato? 

Consumidores do grupo A pagam uma demanda contratada de potência. A demanda contratada é determinada com base nos níveis de consumo de potência instantânea do consumidor. Ou seja, se o consumidor possui cargas ou equipamentos que podem operar simultaneamente em um dado instante, a soma das potências destes irão determinar a quantidade de quilowatts (kW) a ser contratada da rede.

Nos momentos de maior consumo, a potência demandada da rede pode ser superior à demanda contratada da instalação, o que pode gerar uma multa por ultrapassagem da demanda.

Os bancos de baterias podem diminuir a carga conectada vista pela concessionária, gerando uma economia considerável sempre que os picos de carga ultrapassam a demanda contratada, dispensando o consumidor de pagar multas pelo excedente de demanda.

Figura 4 - Sistema com baterias atuando com peak shaving na Oktober Fest em Munique, Alemanha, com inversores SMA e baterias Tesvolt. Esta aplicação já é possível no Brasil. Fonte: Tesvolt/reprodução

Figura 4 – Sistema com baterias atuando com peak shaving na Oktober Fest em Munique, Alemanha, com inversores SMA e baterias Tesvolt. Esta aplicação já é possível no Brasil. Fonte: Tesvolt/reprodução

Diferenciais para se trabalhar com as soluções de armazenamento com baterias

Em comparação com projetos de usinas solares fotovoltaicas on-grid convencionais, sistemas com baterias requerem cálculos e considerações de projeto adicionais, e algumas das nuances não são totalmente óbvias.

Do ponto de vista de análise financeira, sistemas com armazenamento necessitam de um melhor entendimento holístico, que leve em consideração benefícios mais amplos e muitas vezes difíceis de quantificar. Isso exige maior preparação e habilidade nas negociações. Os benefícios do armazenamento podem não ser tão óbvios, e muitas vezes é necessária uma forte aproximação com o cliente.

Para atuar com essas soluções, as empresas de energia solar precisam mais do que nunca estar capacitadas e informadas sobre as tecnologias disponíveis.

Referências

[1] Peak-shaving: reduzindo picos de demanda com sistemas de armazenamento; Autor: Matheus Bueno. Artigo técnico publicado no Canal Solar em setembro de 2020. https://canalsolar.com.br/peak-shaving-reduzindo-picos-de-demanda-com-sistemas-de-armazenamento/

Bruno Kikumoto

Bruno Kikumoto

Engenheiro Eletricista (UDESC), Mestrado em Engenharia Elétrica (UNICAMP). Diretor do Canal Solar e professor nos cursos de energia solar na UNICAMP. Especialista em gerenciamento de projetos, inspeção e comissionamento de sistemas fotovoltaicos, com mais de 10 anos de experiência na indústria e no mercado de energia.

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