Antes de discutir a arquitetura do sistema de armazenamento de energia de bateria (BESS) e os tipos de bateria, devemos primeiro nos concentrar na terminologia mais comum usada neste campo. Vários parâmetros importantes descrevem o comportamento dos sistemas de armazenamento de energia da bateria.
Capacidade [Ah]: A carga elétrica máxima que o sistema é capaz de fornecer à carga conectada a uma tensão razoável. A tecnologia da bateria tem um impacto significativo neste parâmetro, cujo valor é definido para uma determinada corrente de descarga e temperatura.
Energia Nominal [Wh]:Esta é a energia total produzida entre os estados de carga total e descarga total. É equivalente à tensão da bateria multiplicada pela capacidade. A temperatura e a corrente também têm impacto, uma vez que a capacidade as determina.
Potência [W]:Definir a potência de saída de um BESS é difícil porque depende da carga anexada. No entanto, a potência nominal representa a potência no cenário de descarga mais típico.
Energia Específica [Wh/kg]:Isto indica a capacidade de armazenamento de energia da bateria em relação à massa.
A escala usada para determinar as durações de carga e descarga é chamada deTaxa C. A corrente de descarga irá descarregar completamente a bateria em uma hora a 1C.
Carga/descarga/carga é ociclo. Não existe uma definição consensual do que é um ciclo.
Uma bateriaCiclo da vidaé o número total de ciclos que pode produzir.
Departamento de Defesa: Profundidade de descarga. A descarga completa é de 100%;
Estado de carga (SoC,%):O nível de carga da bateria é indicado por este número.
O termo "eficiência coulombiana" refere-se à capacidade da bateria de transmitir carga de forma eficiente. É a proporção de carga necessária para retornar ao estado original de carga em relação à quantidade de carga (Ah) liberada durante a fase de descarga. Com exceção da tecnologia de chumbo-ácido, a maioria comum as baterias têm uma eficiência comparável a esta.
Os principais tipos de sistemas de armazenamento de energia eletroquímica
Existem numerosos sistemas de baterias, cada um baseado em uma combinação única de componentes e processos químicos. As baterias de chumbo-ácido e de íon-lítio são atualmente os tipos mais utilizados, mas as baterias de fluxo, de níquel e de enxofre também têm um lugar neste mercado. Analisaremos rapidamente os principais benefícios das tecnologias de bateria mais populares.
Usamos essas baterias regularmente. A célula base desta bateria é composta por um eletrodo positivo de bióxido ou chumbo e um eletrodo negativo de chumbo. O eletrólito é uma solução de ácido sulfúrico em água.
Os principais benefícios dessas baterias são a acessibilidade e o estado tecnológico avançado.
Baterias de níquel-cádmio (Ni-Cd)
Antes da tecnologia da bateria de lítio ser amplamente utilizada, esse tipo de bateria serviu como fonte primária de energia para dispositivos portáteis por vários anos.
Essas baterias fornecem uma alta potência e um tempo de recarga rápido.
Uma melhoria nessas baterias é representada pela tecnologia de níquel-hidreto metálico (NiMH), que pode fornecer energia específica cerca de 40% maior do que o NiCd padrão.
Baterias de íon-lítio (Li-Ion)
De todos os metais, o lítio tem a energia específica mais alta e é o mais leve. As baterias recarregáveis de ânodo de metal de lítio têm a capacidade de fornecer densidades de energia incrivelmente altas.
Existem outras restrições também. Por exemplo, o desenvolvimento de dendritos no ânodo durante o ciclo é uma restrição pertinente. Isso pode resultar em queda de energia, o que pode aumentar a temperatura e danificar a bateria.
A composição de um BESS
Diferentes “níveis”, tanto lógicos quanto físicos, constituem um BESS. Cada parte física única precisa do seu próprio sistema de controle.
Aqui está um resumo desses estágios principais:
O sistema de baterias é composto por vários conjuntos de baterias e inúmeras baterias que são conectadas entre si para atingir os níveis de tensão e corrente desejados.
O sistema de gerenciamento de bateria regula o funcionamento apropriado de cada célula para permitir que o sistema funcione dentro de uma faixa de tensão, corrente e temperatura que seja segura para a excelente saúde das baterias, e não para o sistema como um todo. Além disso, o status da carga em cada célula é ajustado e equilibrado ao fazer isso.
Para converter a energia em CA, os inversores são conectados ao sistema de bateria. Um nível eletrônico de potência especializado conhecido como PCS (sistema de conversão de energia) está presente em cada BESS. Normalmente é agrupado em uma unidade de conversão juntamente com todos os serviços auxiliares necessários para um monitoramento adequado.
O sistema e o monitoramento e controle do fluxo de energia (sistema de gerenciamento de energia) são as etapas a seguir. O sistema de controle de supervisão e aquisição de dados, ou sistema SCADA, geralmente inclui funções gerais de monitoramento e controle. Por outro lado, o sistema de gestão de energia é projetado especificamente para monitorar o fluxo de energia de acordo com os requisitos da aplicação.
A conexão do transformador de média/baixa tensão e, dependendo do tamanho do sistema, o transformador de alta/média tensão em uma subestação dedicada são as últimas conexões.
Módulo fotovoltaico e integração BESS
As fontes de energia renováveis estão preparadas para ter um impacto significativo nos sistemas eléctricos no futuro, conforme discutido na primeira parte desta série. Tanto o sistema eléctrico como a central renovável podem beneficiar da integração de um BESS com uma fonte de energia renovável.
A seguir são explicadas as várias maneiras pelas quais um BESS pode ajudar uma usina:
A fim de alcançar uma curva de geração mais estável e previsível, isso compensaria a “volatilidade” do perfil de geração sob cobertura de nuvens ou picos abruptos de energia. O contraste entre a curva de geração de uma usina fotovoltaica em um dia nublado e outra com céu claro é mostrado na Figura 4. A geração apresentaria menos “oscilação” com a integração de um BESS, produzindo uma curva mais regular.
A curva de geração será "suavizada" como resultado do corte de pico (para saber mais sobre corte de pico, leia o artigo anterior).
No que diz respeito ao suporte da rede e aos serviços auxiliares, o BESS pode desempenhar um papel significativo na integração da central eléctrica na rede eléctrica, oferecendo regulação de frequência e gestão de tensão (juntamente com compensação de potência reactiva) com um impacto significativamente menor no sistema eléctrico.
Além dos serviços acima mencionados, existem mais colaborações potenciais entre módulos fotovoltaicos e sistemas de armazenamento de energia de baterias, começando com a troca de ponto de conexão (POC). Como um BESS é frequentemente instalado para “complementar” o módulo fotovoltaico, sua presença não pode exigir energia extra no POC.
Colaborações potenciais adicionais decorrem de decisões tomadas na arquitetura de como os módulos fotovoltaicos se conectam a um BESS. Existem pelo menos três opções principais:
Acoplamento CC: Nesta opção, um conversor CC/CC específico é usado para conectar o BESS e o PV no lado CC das baterias e dos módulos fotovoltaicos, a fim de estabilizar a tensão. Com este método, todo o lado CA da planta irá compartilhar os inversores entre o módulo fotovoltaico e o BESS (o inversor neste cenário será capaz de operar em todos os 4 quadrantes do diagrama PQ). aplicações, ou no caso de uma pequena planta (kW). No caso de uma planta de grande porte, o BESS será distribuído ao longo do campo. No entanto, será necessária uma lógica específica e cara para controlar a tensão CC e a carga de cada bateria.
Acoplamento AC após o inversor: Este método é comparável ao anterior, mas coloca o ponto de acoplamento do BESS e do módulo fotovoltaico após os inversores. Neste caso, o BESS e o módulo fotovoltaico terão cada um o seu próprio inversor dedicado. Como não há necessidade de lógica de controle adicional para o acoplamento CC, esse método também é popular para aplicações residenciais e pode ser usado em grandes plantas para criar um BESS distribuído.
Acoplamento AC no POC:Nesta solução, o módulo fotovoltaico e o BESS partilham apenas a facilidade de interligação, embora tenham secções completamente separadas ao nível da central.