O uso de sistemas fotovoltaicos com baterias é uma prática consolidada. Inicialmente, empregavam-se baterias chumbo-ácido para armazenar energia elétrica, possibilitando seu uso em períodos sem geração. Sistemas off-grid utilizaram amplamente essa tecnologia de armazenamento, por ser, na época, a alternativa mais adequada e acessível.
Mas é sabido que por características inerentes à química e aos processos produtivos, essas baterias não são mais a melhor opção para esse tipo de aplicação.
A intolerância ao regime cíclico de funcionamento, a maior susceptibilidade às temperaturas mais altas, o peso e tamanhos excessivos – mesmo para capacidades menores – e a total falta de monitoramento e controle do funcionamento sempre foram propriedades adversas que concorriam para a ineficiência e para a insegurança dos sistemas com baterias.
Neste contexto, não serão abordadas as análises químicas ou mecânicas das baterias em questão, mas destaca-se a ausência de sistemas adequados de monitoramento e controle de funcionamento.
As baterias chumbo-ácido são dispositivos puramente eletroquímicos, projetados sem sistemas de monitoramento ou controle de funcionamento. Alguns modelos incorporam soluções mecânicas de segurança, como proteções contra fogo ou explosão, porém não dispõem de interfaces ou dispositivos capazes de informar ao inversor parâmetros como estado de carga, vida útil, condição de operação ou mesmo a confirmação de conexão ao sistema.
Com o avanço da tecnologia embarcada nos inversores ao longo do tempo, esses equipamentos passaram a ser capazes de obter, ainda que de forma indireta, determinadas informações relevantes sobre as baterias conectadas a eles.
Esses inversores monitoravam parâmetros como tensão e corrente das baterias, sendo capazes de estimar seu estado de carga. No entanto, por se tratar de uma leitura indireta e empírica, essas informações nem sempre eram precisas, o que, em alguns casos, comprometia a confiabilidade do sistema.
Com a consolidação das baterias de lítio no mercado, esses dispositivos passaram a oferecer maior eficiência, vida útil prolongada e maior resistência a altas temperaturas, além de incorporarem circuitos eletrônicos responsáveis pelo monitoramento, controle e fornecimento de informações sobre o estado operacional das baterias.
Com o advento das baterias de lítio, surgiu também a possibilidade de comunicação direta com os inversores, o que contribuiu para instalações mais eficientes, seguras e com maior nível de automação.
Essa comunicação permite a troca de informações cruciais sobre o estado da bateria, como nível de carga (SoC – State of Charge), corrente máxima suportada, status de alarmes e estado de saúde (SoH – State of Health) da bateria – otimizando, assim, o processo de carga e descarga e protegendo a bateria, o inversor e o sistema como um todo contra danos.
Agora, de forma direta e em tempo real, a bateria informa ao inversor uma série de dados e parâmetros que permitem a tomada de decisões mais assertivas que antes, quando tudo era indireto ou empírico.
O circuito eletrônico que realiza o monitoramento é conhecido como BMS (Battery Management System) e é geralmente um sistema baseado em um microprocessador que realiza as funções de monitoramento do funcionamento e do estado das células de lítio, controla os processos de carga e descarga dessas células, protege o funcionamento geral da bateria e tem a possibilidade de reportar uma série de parâmetros por meio de uma porta de comunicação.
Esses parâmetros podem ser transmitidos e interpretados pelos inversores fotovoltaicos, que utilizam seus algoritmos internos para identificar os pontos ideais de operação com as baterias – como a corrente de carga mais adequada, o momento certo de interromper a recarga para evitar sobrecargas, a verificação do estado de carga e a quantidade de energia armazenada, tudo de forma direta e precisa.
O advento da comunicação entre inversores e baterias possibilitou um salto tecnológico e de qualidade nunca visto antes. A comunicação também garante a compatibilidade entre diferentes marcas e modelos de inversores e baterias, pois os fabricantes podem homologar seus produtos para trabalharem em conjunto.
E como essa comunicação é feita? Por meio de um meio físico e um protocolo de comunicação. O meio físico é por onde irão trafegar os sinais elétricos que irão carregar as informações. Já o protocolo de comunicação é a organização lógica de como as informações serão entregues para garantir que tanto o inversor quanto a bateria possam interpretar corretamente as informações.
É mais ou menos como a comunicação entre as pessoas. O meio físico pode ser um papel escrito, um e-mail, a fala, os gestos ou outra forma qualquer de compartilhar a informação.
O protocolo de comunicação é composto pelas regras “gramaticais” e os “vocabulários” que permitem que um indivíduo entenda o outro. Costuma-se comparar os diferentes protocolos de comunicação com as diferentes línguas faladas pelo mundo afora.
Para iniciar a comunicação entre baterias e inversores é preciso que ambos tenham o mesmo meio físico para a interconexão. Normalmente, esse meio físico é uma porta de comunicação padrão RS-485 ou uma porta CAN.
Ambos têm de ser compatíveis entre si. Se a bateria “fala” através de uma porta CAN, o inversor também tem de “falar” CAN. Esses dois são os padrões mais comuns para inversores fotovoltaicos e podem ser encontrados em diversos modelos de baterias.
A maior diversidade recai sobre o protocolo de comunicação. É comum que cada fabricante de bateria ou de inversor crie seu próprio protocolo de forma a melhor atender às necessidades do seu equipamento e seus interesses. Não há um protocolo padrão ou um regido por norma, mas é comum encontrar alguns que são os mais usados.
Existem inversores que adotam os protocolos mais comuns de mercado para garantir maior chance de compatibilidade com diferentes baterias e de diferentes fabricantes. O mesmo vale para as baterias.
O importante é que as baterias e os inversores de uma mesma instalação sejam compatíveis, que “falem” a mesma língua e usem o mesmo meio físico. Para isso, é feito um trabalho em conjunto entre os fabricantes desses equipamentos para garantir a compatibilidade entre eles e garantir a correta comunicação.
Na instalação de uma bateria de lítio com um inversor, é fundamental verificar previamente a compatibilidade entre os equipamentos. Após essa confirmação, são realizadas as conexões de potência e os cabos de comunicação, que geralmente utilizam pares trançados com conectores RJ-45, semelhantes aos usados em redes de computadores. No entanto, podem existir algumas variações nesse padrão.
Após a conexão física entre os equipamentos, deve-se configurar no inversor o modelo da bateria utilizada ou o protocolo de comunicação correspondente. Com essa etapa concluída, o sistema está pronto para operação.
Alguns inversores dependem obrigatoriamente da comunicação com as baterias para operar, evidenciando a relevância e a centralidade dessa interface no sistema.
No laboratório de desenvolvimento da SecPower, diversos inversores de diferentes marcas e modelos são recebidos para a realização de ajustes e testes que assegurem a comunicação adequada com as baterias da empresa.
É um trabalho detalhado que envolve muitos testes e procedimentos, mas que é imprescindível para a segurança e eficiência das instalações. Hoje, as baterias da SecPower, sejam as de baixa tensão ou as de alta tensão, são compatíveis com mais de 30 marcas e modelos de inversores, os principais comercializados no país.
Antes de utilizar uma bateria de lítio com um inversor fotovoltaico, é fundamental verificar previamente a compatibilidade entre os equipamentos. Essas informações podem ser obtidas junto aos fabricantes ou seus representantes autorizados.
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