Dezembro 02, 2019
Sistemas de backup de baterias acoplados a sistemas solares estão a ser aclamados como a melhor solução para cortes de energia de segurança pública na Califórnia – para não mencionar a nossa rede eléctrica arcaica.
Não só estes sistemas são ideais para alimentar uma casa quando a electricidade se esgota, como também ajudam a reduzir os custos de electricidade e fornecem serviços de apoio à rede quando necessários pela empresa pública local. Por razões de emissões e custos, os geradores convencionais a gás ou diesel não são uma opção.
Por isso não há surpresa que a procura destes sistemas esteja a ultrapassar o fornecimento de equipamento bem como a disponibilidade de mão-de-obra qualificada para a instalação.
Limites para a bateria de reserva de uma casa inteira
Mas há um senão. Gostamos de acreditar no mito da cópia de segurança integral da casa ou na noção de que o nosso estilo de vida do século XXI continuará inalterado, apesar do inferno de fogo ou da água alta. A realidade é diferente: os sistemas típicos de bateria de reserva funcionam melhor quando são concebidos para racionar a capacidade da bateria e minimizar a utilização dos principais aparelhos.
Mitos têm muitas vezes origem de facto: os sistemas de bateria de toda a casa funcionam de facto para aplicações fora da rede. Há uma estimativa de 180.000 casas deste tipo nos EUA.
Mas estas casas foram concebidas para a vida fora da rede: são tipicamente mais pequenas e bem isoladas; utilizam aquecimento por combustão com reserva de propano; incorporam sistemas solares térmicos activos e passivos; e não têm sistemas de ar condicionado, carregadores EV de nível 2 ou piscinas.
Existem dois limites fundamentais de engenharia que tornam impraticável o funcionamento de uma casa inteira apenas com energia de bateria. Primeiro, a capacidade energética dos sistemas típicos de baterias de iões de lítio é insuficiente para alimentar uma casa inteira através de um blackout nocturno. Segundo, os inversores de reserva de bateria não são suficientemente potentes para iniciar e operar muitos aparelhos grandes.
Obviamente, várias baterias e inversores podem resolver estas limitações de energia e potência. Mas o custo de 20+ kilowatts de inversores e 40+ kilowatts-hora de baterias é proibitivo para o proprietário típico.
Uma abordagem mais prática é conceber um sistema de reserva de baterias para alimentar apenas cargas críticas: nenhum aparelho grande como ar condicionado, carregadores EV de 240 volts ou fogões eléctricos. Em vez disso, apenas quatro a oito circuitos mais pequenos na casa para refrigeração, iluminação, entretenimento, comunicações e tomadas de conveniência.
O nosso parque habitacional actual utiliza muita electricidade, e devido a uma pletora de dispositivos ligados, as casas mais recentes utilizam frequentemente ainda mais.
Aparelhos de alta potência são os mais desafiantes para os sistemas de backup de toda a casa. O consumo de energia para um grande ar condicionado central é de 5.000 watts, um carregador EV é de 7.000 watts, um fogão eléctrico é de 10.000 watts e as bombas de piscina são de 2.200 watts.
Limites de energia da bateria
Então, durante quanto tempo é que um sistema solar e de baterias típico funciona durante a noite enquanto opera estes aparelhos maiores? Resposta: não muito tempo.
A matemática é simples. Se a bateria tiver uma capacidade energética de 2,5 kilowatt-hora durante a noite (típica se a bateria for utilizada durante a noite para maximizar a poupança de auto-consumo), só há energia suficiente para funcionar com bombas de piscina durante 60 minutos, uma CA central durante 30 minutos, um carregador EV durante 20 minutos ou um fogão eléctrico durante 15 minutos.
Com qualquer destes aparelhos a funcionar – após um intervalo relativamente breve de backup automático de toda a casa – a bateria estará em breve descarregada e incapaz de alimentar cargas críticas. Em termos líricos: Sem luzes. Sem telefone. Sem carro eléctrico. Nem um único luxo. Como Robinson Crusoe, tão primitivo quanto pode ser.
Uma solução possível é desligar manualmente grandes cargas de aparelhos durante um blackout. Infelizmente, muitos apagões ocorrem durante o dia quando ninguém está em casa ou à noite quando as pessoas estão a dormir. Os clientes que tentaram descarregar cargas manualmente acabam geralmente por ficar desapontados com o seu sistema de backup.
Uma outra solução (se o orçamento e espaço de parede de um proprietário permitir) é adicionar uma segunda bateria de armazenamento – duplicando efectivamente a duração do armazenamento de energia.
Nos últimos meses, temos trabalhado com clientes que tiveram uma série de boas e más experiências de backup de baterias. Durante o primeiro blackout na nossa área, que aconteceu por volta das 22h30, um cliente que usa uma máquina de pressão positiva contínua das vias aéreas (CPAP) esgotou a sua bateria de armazenamento por volta das 2 da manhã (começou a ressonar e a sua mulher disse-lhe para dormir no sofá). Outro cliente utilizou o sistema de reserva para alimentar um dos subpanéis na sua casa, e não se apercebeu que havia uma falha de energia até a bateria se esgotar.
A solução para ambos os clientes era remover alguns circuitos discricionários dos seus subpanéis de reserva para que a bateria durasse toda a noite.
Limites de potência do inversor
A potência máxima do inversor da bateria (em kilowatts) é a segunda razão para o mito do backup de toda a casa.
A maior parte dos inversores de backup da bateria foram concebidos para serviços eléctricos domésticos de 200amp, implicando uma potência máxima de CA de 7.600 watts quando ligados à rede. Quando alimentados pela bateria (que tem uma taxa de descarga de pico limitada), estes inversores podem tipicamente fornecer 5.000 watts de potência em estado estável ou 6.000 watts de potência de pico (cerca de 25 amps).
No entanto, os requisitos momentâneos de corrente de pico de arranque de um motor CA ou bomba são muitas vezes duas ou três vezes superiores à corrente normal – o que significa que o inversor simplesmente não mudará para o modo de backup. Mesmo que a bateria esteja totalmente carregada num dia de sol, a CA e a bomba de piscina não arranca, e nenhuma das cargas críticas obterá energia.
Desenho de sistemas de reserva de bateria solar acoplada
Independentemente destas limitações energéticas, energéticas e financeiras, um sistema solar e de reserva bem concebido pode fornecer energia quase indefinidamente. Três elementos de concepção são críticos.
P>Primeiro, a capacidade energética da bateria (kilowatt-hora) e a saída do inversor (kilowatt-hora) devem corresponder às necessidades da casa à noite, quando a bateria é parcialmente descarregada. Em segundo lugar, o número de circuitos de reserva deve ser estritamente limitado para evitar a alimentação de demasiados dispositivos pequenos ou quaisquer aparelhos grandes. Terceiro, o tamanho do sistema solar deve ser suficiente para recarregar parcialmente a bateria mesmo num dia nublado de Inverno.
As próximas tecnologias de sistemas eléctricos domésticos inteligentes resolverão estas limitações práticas através da descarga automática de cargas durante um apagão. Na feira Solar Power International de 2019, as empresas exibiram controlos de aparelhos inteligentes e disjuntores que poderiam desactivar automaticamente grandes aparelhos. A tecnologia de painéis eléctricos inteligentes também estava em exposição que podia gerir automaticamente todos os circuitos de uma casa.
Até ao final de 2019, haverá mais de 10.000 casas e empresas na Califórnia equipadas com sistemas combinados de energia solar e bateria de reserva. À medida que estes sistemas se tornam menos dispendiosos (tanto através de reduções de custos de equipamento como de incentivos), tornar-se-ão a forma mais expedita e eficaz para as pessoas se adaptarem ao novo normal de cortes de energia de segurança pública.
Sem mencionar a forma mais limpa, segura e económica de reconstruir a nossa rede eléctrica arcaica.
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Barry Cinnamon é CEO da Cinnamon Energy Systems da Califórnia.