Bateria de armazenamento de energia

Como funcionam as baterias de iões de lítio?

Se procura a resposta para a pergunta "Como funcionam as baterias solares?", este artigo explica o que é uma bateria solar, a ciência das baterias solares, como funcionam as baterias solares com um sistema de energia solar e os benefícios gerais da utilização do armazenamento de baterias solares.

Uma bateria solar pode ser uma adição importante ao seu sistema de energia solar. Ajuda-o a armazenar o excesso de eletricidade que pode utilizar quando os seus painéis solares não estão a gerar energia suficiente e dá-lhe mais opções para alimentar a sua casa.

Abaixo, explicamos-lhe como os sistemas de armazenamento de energia funcionam com a energia solar e o que isso significa para o que pode esperar obter do seu sistema de armazenamento. Também analisamos de forma mais técnica o que se passa exatamente no interior da bateria para armazenar essa energia.

O que é uma bateria solar?

Comecemos com uma resposta simples à pergunta: "O que é uma bateria solar?

A bateria solar é um dispositivo que pode ser adicionado ao seu sistema de energia solar para armazenar o excesso de eletricidade gerada pelos seus painéis solares, podendo então utilizar essa energia armazenada para alimentar a sua casa em alturas em que os seus painéis solares não geram eletricidade suficiente, incluindo noites, dias nublados e durante falhas de energia.

O objetivo de uma bateria solar é ajudá-lo a utilizar mais da energia solar que está a criar. Se não tiver uma bateria de armazenamento, qualquer excesso de eletricidade da energia solar vai para a rede, o que significa que está a gerar energia e a fornecê-la a outras pessoas sem tirar o máximo partido da eletricidade que os seus painéis criam primeiro.

Uma visão geral do funcionamento das baterias solares, passo a passo

Ao mais alto nível, as baterias solares armazenam energia para utilização posterior. Se tiver um sistema de painéis solares em casa, há alguns passos gerais que deve compreender:

  • Os painéis solares produzem eletricidade a partir do sol
  • Esta eletricidade de corrente contínua (DC) passa por um inversor para gerar eletricidade de corrente alternada (AC)
  • A eletricidade AC alimenta os seus aparelhos domésticos
  • A eletricidade extra não utilizada pelos seus aparelhos carrega as suas baterias
  • Quando o sol se põe, os seus aparelhos são alimentados pela energia armazenada na sua bateria

A ciência das baterias solares

As baterias de iões de lítio são a forma mais popular de baterias solares atualmente no mercado. Esta é a mesma tecnologia utilizada nos smartphones e noutras baterias de alta tecnologia.

As baterias de iões de lítio funcionam através de uma reação química que armazena energia química antes de a converter em energia eléctrica. A reação ocorre quando os iões de lítio libertam electrões livres, e esses electrões fluem do ânodo com carga negativa para o cátodo com carga positiva.

Este movimento é incentivado e reforçado pelo eletrólito de sal de lítio, um líquido no interior da pilha que equilibra a reação fornecendo os iões positivos necessários. Este fluxo de electrões livres cria a corrente necessária para que as pessoas possam utilizar a eletricidade.

Quando se retira eletricidade da pilha, os iões de lítio fluem de volta através do eletrólito para o elétrodo positivo. Ao mesmo tempo, os electrões deslocam-se do elétrodo negativo para o elétrodo positivo através do circuito externo, alimentando o dispositivo ligado à corrente.

As baterias de armazenamento de energia solar doméstica combinam várias células de bateria de iões com eletrónica sofisticada que regula o desempenho e a segurança de todo o sistema de baterias solares. Assim, as baterias solares funcionam como baterias recarregáveis que utilizam a energia do sol como entrada inicial que dá início a todo o processo de criação de uma corrente eléctrica.

Como é que uma bateria solar funciona com painéis solares?

Numa casa típica com painéis solares existentes, parte ou a totalidade do seu consumo de energia pode provir da produção solar enquanto o sol brilha durante o dia. Qualquer excesso de energia solar gerada (e não utilizada) é exportada de volta para a rede em troca de uma tarifa de alimentação (FiT) que é creditada na sua fatura (mas este pagamento depende do plano de energia em que está inscrito). A tarifa de alimentação tem vindo a diminuir ao longo do tempo. Isto significa que pode ser mais económico armazenar a energia para utilização futura em vez de a exportar de volta para a rede. É aqui que entra em ação uma bateria solar.

Quando adiciona uma bateria a um sistema solar doméstico existente, a energia solar excedente que não é utilizada durante o dia pode ser utilizada para carregar a sua bateria. A energia armazenada na sua bateria solar pode então ser utilizada para alimentar a sua casa, para utilização futura. Esta energia armazenada é particularmente útil quando os seus painéis solares não estão a gerar energia suficiente e tem de recorrer à energia da rede. Além disso, é muito útil durante aqueles apagões pouco frequentes, ajudando-o a manter as luzes acesas.

Abaixo, listamos como o armazenamento da bateria funcionaria durante o dia e a noite:

Durante o dia

  • Os painéis solares absorvem a luz solar (raios UV)
  • A energia solar passa como corrente contínua (CC) através do inversor solar para poder ser convertida em energia de corrente alternada (CA) que os seus aparelhos utilizam
  • O quadro elétrico direcciona então a energia solar para onde é necessária. Alimentará os electrodomésticos da sua casa e depois encaminhará qualquer excesso de energia para o inversor de bateria
  • O inversor de bateria converte qualquer excesso de energia captada numa forma de energia que pode ser armazenada
  • A bateria armazena a energia excedente para ser utilizada em períodos de pico, ou quando o sol se põe

À noite

  • Os seus painéis solares deixarão de gerar energia, permitindo que o agregado familiar passe a utilizar a energia armazenada nas baterias.
  • A bateria enviará o excesso de energia armazenada para o inversor de bateria
  • O inversor de bateria converterá então a energia armazenada na sua bateria em energia de corrente contínua (CC) para os seus aparelhos
  • O quadro elétrico direccionará a energia CC para os aparelhos escolhidos
  • Quando a carga da bateria se esgota, a rede entra em ação e substitui-a para continuar a fornecer energia aos seus aparelhos

Como funcionam as baterias solares com um sistema de energia solar

Todo este processo começa com os painéis solares no telhado a gerar energia. Aqui está uma descrição passo a passo do que acontece com um sistema acoplado DC:

  • A luz solar atinge os painéis solares e a energia é convertida em eletricidade DC.
  • A eletricidade entra na bateria e é armazenada como eletricidade DC.
  • A eletricidade CC sai então da bateria e entra num inversor para ser convertida em eletricidade CA que a casa pode utilizar.

O processo é ligeiramente diferente com um sistema acoplado em CA.

  • A luz solar atinge os painéis solares e a energia é convertida em eletricidade DC.
  • A eletricidade entra no inversor para ser convertida em eletricidade AC que a casa pode utilizar.
  • A eletricidade excedente passa então por outro inversor para se transformar novamente em eletricidade CC que pode ser armazenada para mais tarde.
  • Se a casa precisar de utilizar a energia armazenada na bateria, essa eletricidade tem de passar novamente pelo inversor para se transformar em eletricidade CA.

Como funcionam as baterias solares com um inversor híbrido

Se tiver um inversor híbrido, um único dispositivo pode converter eletricidade CC em eletricidade CA e pode também converter eletricidade CA em eletricidade CC. Assim, não precisa de dois inversores no seu sistema fotovoltaico (PV): um para converter a eletricidade dos seus painéis solares (inversor solar) e outro para converter a eletricidade da bateria solar (inversor de bateria).

Também conhecido como inversor baseado em bateria ou inversor híbrido ligado à rede, o inversor híbrido combina um inversor de bateria e um inversor solar numa única peça de equipamento. Elimina a necessidade de ter dois inversores separados na mesma configuração, funcionando como um inversor tanto para a eletricidade da sua bateria solar como para a eletricidade dos seus painéis solares.

Os inversores híbridos estão a ganhar popularidade porque funcionam com e sem armazenamento de bateria. Pode instalar um inversor híbrido no seu sistema de energia solar sem bateria durante a instalação inicial, dando-lhe a opção de adicionar armazenamento de energia solar mais tarde.

O que obtém com um sistema solar e de armazenamento

Quando instala uma bateria com o seu sistema de painéis solares, terá a possibilidade de puxar da rede ou da sua bateria, quando esta estiver carregada. Isto tem duas implicações importantes:

As baterias fornecem energia de reserva

Embora continue ligado à rede, pode funcionar "fora da rede", uma vez que o emparelhamento de energia solar e o armazenamento criarão uma pequena ilha de energia em sua casa. Assim, no caso de uma falha de energia, seja devido a condições climatéricas extremas ou a um corte dos serviços públicos, continuará a poder manter as luzes acesas.

Duas coisas a ter em conta sobre a energia de reserva. Em primeiro lugar, se tiver apenas um sistema de painéis solares sem bateria, não terá energia em caso de corte, mesmo que o dia esteja ensolarado. Isto porque o seu sistema de painéis solares desliga-se em caso de falha de energia para não enviar eletricidade para as linhas de transmissão enquanto os trabalhadores dos serviços públicos tentam repará-las, o que constituiria um risco para a segurança.

Em segundo lugar, a maioria das baterias apenas fornece energia de reserva para uma parte, não para toda a casa. A menos que também instale um painel elétrico inteligente com a sua bateria (o que é uma excelente forma de tirar o máximo partido de um sistema de armazenamento), a maioria das instalações de baterias exigirá que seleccione as partes da sua casa que pretende utilizar como reserva com a bateria e que puxe essas cargas para um painel de carga crítica. No entanto, muitas baterias podem ser "empilhadas", o que significa que pode continuar a acrescentar baterias adicionais até ter a capacidade de armazenamento que pretende. Assim, embora possa ser possível obter uma reserva para toda a casa, pode ser proibitivo em termos de custos comprar baterias suficientes para fornecer esse nível de reserva.

As baterias podem ajudá-lo a evitar as elevadas tarifas dos serviços públicos

Ao permitir-lhe puxar da sua bateria em vez de puxar da rede eléctrica, o emparelhamento de um sistema de armazenamento com os seus painéis solares pode ajudá-lo a evitar taxas elevadas de serviços públicos. As baterias podem fazer isto de duas formas. Em primeiro lugar, se estiver a utilizar uma tarifa de tempo de utilização ou outra tarifa variável no tempo, pode utilizar a sua bateria nas alturas em que a sua empresa de eletricidade cobra mais pela eletricidade, ou seja, durante as horas de ponta. E, em segundo lugar, se estiver a pagar uma tarifa com uma taxa de procura, que é mais típica para empresas comerciais e industriais do que para proprietários de casas, uma bateria pode ajudá-lo a baixar a sua taxa de procura todos os meses, o que é um benefício financeiro significativo.

Como funcionam as baterias de iões de lítio

O tipo de bateria mais comum no mercado atual para armazenamento de energia doméstica é uma bateria de iões de lítio. As baterias de iões de lítio alimentam todo o tipo de aparelhos do dia a dia, desde telemóveis a automóveis, pelo que se trata de uma tecnologia segura e bem conhecida.

As baterias de iões de lítio são assim chamadas porque funcionam através da movimentação de iões de lítio através de um eletrólito no interior da bateria. Uma vez que os iões são partículas que ganharam ou perderam um eletrão, o movimento dos iões de lítio de um ânodo para um cátodo produz electrões livres, ou seja, electrões que foram libertados dos átomos de lítio. A acumulação destes electrões livres é a forma como as pilhas acabam por carregar e armazenar eletricidade. Quando se descarrega a eletricidade armazenada na bateria, o fluxo de iões de lítio é invertido, o que significa que o processo é repetível: é possível carregar e descarregar baterias de iões de lítio centenas ou mesmo milhares de vezes.

As baterias de iões de lítio utilizadas em sistemas domésticos de armazenamento de energia combinam várias células de baterias de iões de lítio com uma eletrónica de potência complexa que controla o desempenho e a segurança de todo o sistema de baterias. Existem vários tipos diferentes de baterias de iões de lítio que utilizam produtos químicos ligeiramente diferentes para oferecer atributos variados, desde uma densidade de potência melhorada a tempos de vida mais longos.

As baterias de iões de lítio não são o único tipo de bateria utilizado em aplicações de armazenamento de energia a nível doméstico, empresarial ou de serviços públicos. Os outros tipos de baterias armazenam energia através de mecanismos semelhantes, com um conjunto totalmente diferente de prós e contras.

Benefícios do armazenamento de baterias solares

Adicionar uma bateria de reserva aos painéis solares é uma óptima forma de garantir que tira o máximo partido do seu sistema de energia solar. Aqui estão alguns dos principais benefícios de um sistema de armazenamento de baterias solares em casa:

Armazena o excesso de produção de eletricidade

O seu sistema de painéis solares pode muitas vezes produzir mais energia do que a necessária, especialmente em dias de sol quando não está ninguém em casa. Se não tiver uma bateria de armazenamento de energia solar, a energia extra será enviada para a rede. Se participar num programa de contagem líquida, pode ganhar crédito por essa produção extra, mas normalmente não é um rácio de 1:1 para a eletricidade que produz.

Com o armazenamento da bateria, a eletricidade extra carrega a sua bateria para utilização posterior, em vez de ir para a rede. Pode utilizar a energia armazenada durante os períodos de menor produção, o que reduz a sua dependência da rede de eletricidade.

Alivia as falhas de energia

Uma vez que as baterias podem armazenar a energia excedente criada pelos painéis solares, a sua casa terá eletricidade disponível durante as falhas de energia e noutras alturas em que a rede não funciona.

Reduz a sua pegada de carbono

Com o armazenamento de baterias de painéis solares, pode tornar-se ecológico aproveitando ao máximo a energia limpa produzida pelo seu sistema de painéis solares. Se essa energia não for armazenada, terá de recorrer à rede eléctrica quando os seus painéis solares não produzirem energia suficiente para as suas necessidades. No entanto, a maior parte da eletricidade da rede é produzida a partir de combustíveis fósseis, pelo que é provável que esteja a utilizar energia suja quando a utiliza.

Fornece eletricidade mesmo depois de o sol se pôr

Quando o sol se põe e os painéis solares não estão a gerar eletricidade, a rede entra em ação para fornecer a tão necessária energia se não tiver qualquer armazenamento de bateria. Com uma bateria solar, utilizará mais da sua própria eletricidade solar durante a noite, dando-lhe mais independência energética e ajudando-o a manter a sua conta de eletricidade baixa.

Uma solução silenciosa para as necessidades de energia de reserva

Uma bateria de energia solar é uma opção de armazenamento de energia de reserva sem ruído 100%. Beneficia de energia limpa e sem manutenção e não tem de lidar com o ruído de um gerador de reserva a gás.

Perguntas mais frequentes

O que acontece à energia solar quando as baterias estão cheias?

Quando isto acontece, qualquer excesso de energia solar que seja gerado não será normalmente armazenado nas baterias e, em vez disso, será enviado de volta para a rede eléctrica ou desperdiçado. No caso de um sistema de energia solar ligado à rede, o excesso de energia solar pode ser enviado de volta à rede para ser utilizado por outros consumidores.

Quanto tempo dura uma bateria solar?

entre 5 e 25 anos

Em média, as baterias solares duram entre 5 e 25 anos. As baterias de iões de lítio são o tipo de bateria solar mais comum e têm uma vida útil de até 15 anos. Alguns factores que afectam a longevidade de uma bateria solar são o tipo de bateria, a instalação, a profundidade da descarga, o ciclo de vida, o ambiente e a manutenção.

Quanto tempo dura uma bateria solar totalmente carregada?

Quanto tempo é que uma bateria solar pode alimentar uma casa? Sem ar condicionado ou aquecimento elétrico, uma bateria de 10 kWh pode alimentar as operações básicas de uma casa durante, pelo menos, 24 horas, ou mais, se o orçamento for bem feito.

As baterias solares devem ser carregadas a 100%?

A bateria pode ser carregada até 100% se a carga exigir um aumento de tensão durante um curto período de tempo. O intervalo entre 40% e 80% é o intervalo mais estável (aproximadamente 0,5 Volt de queda). Isto significa que, nesta gama, a bateria descarregar-se-á lentamente e produzirá a tensão de saída nominal.

As baterias solares recarregam-se sozinhas?

O melhor das pilhas solares é que não necessitam de eletricidade ou de qualquer outra fonte externa para se carregarem, ao contrário das pilhas recarregáveis normais. As baterias solares podem ser carregadas com a ajuda dos raios solares, o que é uma das razões pelas quais estas baterias são tão populares entre as pessoas.

As baterias solares carregam durante a noite?

Os painéis solares trabalham arduamente durante todo o dia para produzir eletricidade a partir do sol. Também apoiam soluções sustentáveis de energia solar durante a noite. Pode continuar a beneficiar da sua produção de energia após o pôr do sol através da contagem líquida e do armazenamento de baterias solares. Por isso, quando se pergunta como é que os painéis solares funcionam à noite?

Como é que se verifica a duração da bateria solar?

A primeira forma de o fazer é a mais fácil: primeiro, carregue totalmente as baterias de ciclo profundo do seu banco de baterias solar. De seguida, verifique a tensão de cada bateria com um multímetro e tome nota de cada nível, deixando-as depois sem ligação a qualquer painel solar durante alguns dias.

O que causa a falha da bateria solar?

Cerca de 80% das falhas são causadas por sulfatação, um processo em que se formam cristais de enxofre nas placas de chumbo da bateria e impedem a ocorrência de reacções químicas. A sulfatação ocorre quando a bateria tem um nível baixo de carga ou de eletrólito.

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