O crescimento exponencial do mercado de armazenamento de energia era previsível. "Armazenamento de energia", como o nome sugere, envolve o armazenamento de energia elétrica. Armazenar energia elétrica requer um meio ou recipiente, e as baterias são precisamente os recipientes que armazenam energia elétrica.
Geralmente, dois tipos principais de baterias são usados em Sistemas de armazenamento de energia fotovoltaica: baterias de chumbo-ácido e baterias de íon-lítio .
01. Baterias de chumbo-ácido
As baterias de chumbo-ácido são dispositivos de armazenamento de energia química que utilizam chumbo e dióxido de chumbo (PbO₂) como materiais ativos para os eletrodos negativo e positivo, e ácido sulfúrico diluído como eletrólito. Essencialmente, elas realizam a interconversão entre energia elétrica e energia química por meio de reações eletroquímicas; são a fonte de energia química preferida para diversos sistemas de armazenamento de energia, fontes de alimentação de emergência e dispositivos de partida suave/a frio.
Uma única célula de bateria de chumbo-ácido tem uma tensão nominal de 2,0 V, pode descarregar até 1,5 V e carregar até 2,4 V. Em aplicações práticas, seis células são frequentemente conectadas em série para formar um módulo de bateria de chumbo-ácido com uma tensão nominal de 12 V. Em seguida, conectando as células em série e em paralelo de forma adequada, obtém-se a tensão aceitável do sistema (como 48 V ou 96 V), permitindo o carregamento e a descarga normais.
Os principais componentes de um bateria de chumbo-ácido Inclui: terminais positivo e negativo, placas, separadores, eletrólito e um recipiente. Como o módulo de bateria contém uma grande quantidade de solução química, geralmente é bastante pesado.
As baterias de chumbo-ácido incluem principalmente as baterias de chumbo-ácido convencionais com eletrólito líquido, as baterias de chumbo-ácido de gel isentas de manutenção (específicas para energia solar) e as baterias de chumbo-carbono. Na prática, as baterias de gel e as baterias de chumbo-carbono são cada vez mais comuns. As baterias de gel apresentam resistência superior à descarga excessiva, capacidade de autorrecuperação e bom desempenho de carga e descarga em baixas temperaturas. As baterias de chumbo-carbono, devido à adição de carbono (grafeno) ao eletrólito, previnem a sulfatação no eletrodo negativo, mitigando falhas e prolongando significativamente a vida útil da bateria.
As baterias de chumbo-ácido normalmente utilizam três modos de carregamento: corrente constante, tensão constante e carga flutuante, também conhecida como carregamento em três estágios. A corrente de carregamento é um parâmetro crucial, geralmente expressa em C. As especificações da bateria indicam claramente a corrente máxima de carregamento, tipicamente 0,1C, 0,2C ou 0,3C. Por exemplo, uma bateria com capacidade C de 200 Ah exigiria uma corrente de carregamento de 0,1C (0,1 × 200 = 20 A) e 0,2C (0,2 × 200 = 40 A). A corrente de carregamento ideal para baterias de chumbo-ácido sem manutenção é em torno de 0,1C; correntes de carregamento excessivamente altas ou baixas impactarão negativamente a vida útil da bateria.
02. Baterias de lítio
As baterias de lítio são um tipo de bateria que utiliza lítio metálico ou ligas de lítio como materiais de eletrodo positivo/negativo e uma solução eletrolítica não aquosa; elas são divididas principalmente em baterias de lítio metálico e baterias de íon-lítio. Geralmente, quando se fala em baterias de lítio, refere-se às baterias de íon-lítio, que são baterias recarregáveis, ou seja, podem ser carregadas e descarregadas. As baterias de íon-lítio utilizam óxidos de metal de liga de lítio como material do eletrodo positivo e grafite como material do eletrodo negativo. O material do eletrodo negativo é o principal componente que armazena o lítio em uma solução eletrolítica. bateria de íon-lítio E desempenha um papel crucial na eficiência de carga/descarga da bateria, na vida útil em ciclos e em outras características de desempenho.
As baterias de íon-lítio são classificadas principalmente de acordo com os diferentes materiais do eletrodo positivo, incluindo baterias de óxido de lítio-cobalto, baterias de óxido de lítio-manganês, baterias de óxido de lítio-níquel, baterias de fosfato de ferro-lítio e baterias ternárias de lítio.
Considerando fatores como preço, custo, desempenho e segurança, as baterias de fosfato de ferro-lítio são mais comumente usadas em sistemas práticos de armazenamento de energia. As baterias de fosfato de ferro-lítio são geralmente consideradas isentas de metais pesados ou metais raros, o que as torna não tóxicas, não poluentes e ecologicamente corretas. Elas utilizam fosfato de ferro-lítio (LiFePO4) como material do eletrodo positivo e carbono como material do eletrodo negativo. A tensão nominal de uma única célula é de 3,2 V e a tensão de corte de carga é de aproximadamente 3,6 V a 3,65 V. A tensão e a capacidade necessárias são alcançadas por meio de conexões em série e em paralelo.
03. Bateria de armazenamento de energia
Seleção Muitos clientes ainda estão confusos sobre como escolher o produto certo. bateria de armazenamento de energia no projeto real do sistema. A seleção pode ser abordada a partir dos três aspectos seguintes:
Bateria de chumbo-ácido ou bateria de lítio
Em primeiro lugar, as baterias representam uma grande proporção em sistemas de armazenamento de energia . Para inversores de armazenamento de energia Existem opções que suportam tanto baterias de chumbo-ácido quanto de lítio, e a escolha depende das intenções de investimento, do tipo e localização do projeto, dos requisitos de garantia, etc. As baterias de lítio têm uma densidade de energia (ρ=E/V) maior, aproximadamente 6 a 7 vezes superior à das baterias de chumbo-ácido. Elas também são menores, mais leves e têm uma vida útil mais longa, de 1,5 a 5 vezes maior que a das baterias de chumbo-ácido. Portanto, as baterias cobertas pela garantia dos fabricantes de dispositivos de armazenamento de energia são geralmente de lítio. No entanto, as baterias de lítio têm um desempenho inferior em baixas temperaturas e também são mais caras, custando normalmente de 2 a 4 vezes mais que as baterias de chumbo-ácido.
Seleção de capacidade
Em segundo lugar, a seleção da capacidade da bateria deve basear-se principalmente nas necessidades de armazenamento de energia do usuário, considerando também a capacidade do sistema. Por exemplo, se um usuário precisa armazenar 30 kWh/dia de eletricidade e instalou um sistema de armazenamento de energia isolado de 3 kW, sem conexão à rede elétrica, suas baterias precisarão de pelo menos dois dias para atingir a carga completa; durante períodos de chuva contínua, elas podem não conseguir carregar completamente por um período prolongado. Nesses casos, várias restrições precisam ser consideradas durante a fase de projeto do sistema, como o aumento da capacidade instalada dos módulos fotovoltaicos e o aumento da capacidade de saída dos equipamentos de controle de armazenamento de energia. As especificações das baterias de chumbo-ácido são normalmente expressas como "xxx V/xxx Ah", por exemplo, o comum 12V/100Ah. A capacidade de uma única bateria é 12 × 100 = 1200 Vah = 1200 Wh = 1,2 kWh, ou 1,2 quilowatts-hora. Se for necessária uma capacidade de armazenamento de 30 kWh, seriam necessárias aproximadamente 30 ÷ 1,2 = 25 baterias. Para baterias de lítio, a seleção geralmente se baseia na capacidade de um único conjunto de baterias. Por exemplo, um único conjunto de baterias tem uma capacidade de 2,56 kWh; dois conjuntos teriam uma capacidade de 5,12 kWh e dez conjuntos teriam uma capacidade de 25,6 kWh.
Baterias de alta ou baixa tensão
Os inversores de armazenamento de energia vêm em séries de alta tensão (AT) e baixa tensão (BT) Consequentemente, as baterias também são encontradas em tipos de alta e baixa tensão. Geralmente, as unidades de armazenamento de energia com saída monofásica são combinadas com baterias de baixa tensão, com uma tensão terminal de aproximadamente 48V~52V. Se forem usadas baterias de chumbo-ácido, 48V podem ser alcançados conectando quatro baterias de 12V em série. Se forem usadas baterias de lítio, bateria de 48V Podem ser selecionadas diretamente. Unidades de armazenamento de energia trifásicas conectadas à rede (híbridas) podem ser combinadas com baterias de alta tensão, com tensões que variam de aproximadamente 100 V a 550 V. Unidades integradas de maior potência possuem tensões de bateria ainda mais elevadas; por exemplo, a unidade conectada à rede da série WIT-H da Growatt tem uma tensão nominal de bateria de 768 V, com uma faixa de tensão de 600 V a 1000 V. O método de conexão série-paralelo é semelhante ao das baterias de baixa tensão.
Em resumo, podemos ver que as baterias de chumbo-ácido e de lítio têm suas vantagens e desvantagens. De modo geral, as baterias de lítio são relativamente mais sofisticadas, mas também mais caras. Atualmente, seu uso é mais difundido em mercados internacionais, como Europa, Estados Unidos e Austrália. A energia renovável é uma tendência, e a enorme demanda do mercado será uma força motriz inesgotável para o rápido desenvolvimento tecnológico. Acredita-se que, em um futuro próximo, o preço das baterias de lítio atingirá um patamar acessível ao público em geral, beneficiando diversos setores, incluindo veículos de novas energias, sistemas de armazenamento de energia fotovoltaica e fontes de alimentação portáteis.
