Menu

Painéis fotovoltaicos de energia solar

O que são acumuladores elétricos?

Nas instalações autônomas de suprimento de eletricidade, é necessário armazenar a energia captada durante as horas de radiação solar, a fim de poder cobrir o suprimento durante as horas em que não há (ciclo diário e ciclo sazonal).

O que são acumuladores elétricos?

Recursos do acumulador:

  • Os acumuladores elétricos têm uma função muito importante e fundamental no bom funcionamento e duração de uma instalação solar fotovoltaica.
  • Eles devem ter capacidade suficiente para garantir o fornecimento de eletricidade durante os períodos de nuvem (autonomia da instalação).
  • Estes são sistemas eletroquímicos baseados em reações químicas reversíveis que ocorrem no interior.

Quais são os principais parâmetros de um acumulador elétrico?

    Os principais parâmetros de um acumulador de energia elétrica são:

    • Capacidade: a capacidade máxima que você pode armazenar.
    • Profundidade de descarga
    • Prazo de validade
    • Autodescarga

    Capacidade

    Capacidade é a quantidade máxima de eletricidade que você pode armazenar. Na prática, e para evitar danos irreversíveis à bateria, ela pode fornecer apenas uma parte da capacidade total, que chamamos de capacidade útil.

    A capacidade útil depende do tipo de acumulador e das condições de trabalho, mas geralmente possui valores de 30% a mais de 90% (em baterias alcalinas de boa qualidade) da capacidade máxima. A quantidade de eletricidade que um acumulador pode fornecer também depende do tempo de descarga, portanto, a capacidade será maior quanto mais lenta a descarga ocorrer.

    A capacidade da bateria é expressa em horas-amp (Ah). A notação C5, C25, C100 representa o tempo de descarga em horas, respectivamente 5, 25 ou 100 (C5 = descarga em 5 horas). Esses valores nos dão o número de horas durante as quais teoricamente poderíamos ter uma certa intensidade de corrente proveniente do acumulador.

    Profundidade de descarga

    A profundidade da descarga é a porcentagem acima da capacidade máxima do acumulador que pode ser removida da bateria em condições normais. É um termo muito variável, que depende muito do tipo de acumulador e influencia sua vida útil.

    Qual é a vida útil de um acumulador de energia?

    A vida útil é normalmente medida em ciclos (em vez de anos); portanto, um ciclo é um processo completo de descarga de carga (até a profundidade de descarga recomendada). Se assumirmos um ciclo médio de um ciclo por dia e um acumulador bem conservado, ele deve durar no mínimo 10 anos.

    Autodescarga

    Autodescarga: é um fenômeno pelo qual um acumulador, por várias razões, descarrega lenta mas continuamente, mesmo que não esteja conectado a um circuito externo.

    Quais são os tipos de acumuladores elétricos?

    Podemos diferenciar diferentes tipos de acumuladores de acordo com o uso:

    • Acumuladores estacionários: geralmente estão em um local fixo e fornecem corrente elétrica de forma permanente ou esporádica para vários fins. Em nenhum momento, no entanto, eles são solicitados a fornecer valores de alta intensidade em tempos curtos.
    • Acumuladores de partida: eles são responsáveis ​​pela produção de energia elétrica com altos valores de intensidade de corrente por curtos períodos de tempo, por exemplo, em carros toda vez que são iniciados ou quando um motor é iniciado. As placas de eletrodos desses acumuladores são mais espessas do que as estacionárias e sua vida útil é mais curta devido às condições de trabalho "severas".
    • Acumuladores de tração: são responsáveis ​​pelo fornecimento de corrente para pequenos veículos elétricos e, portanto, solicitam intensidades de corrente relativamente altas por períodos de algumas horas.

    Para instalações solares fotovoltaicas, use preferencialmente acumuladores estacionários.

    Em relação às características do eletrólito, temos os seguintes tipos de acumuladores elétricos:

    • Ácido (ácido de chumbo, Pb-Sb, Pb-Cd).
    • Alcalina (níquel-cádmio).

      Qual é a função de um acumulador elétrico?

      As funções básicas dos acumuladores em instalações solares são:

      • Forneça energia na ausência de radiação: noites e dias com nuvens, no ciclo diário e no ciclo sazonal.
      • Mantenha um nível estável de tensão na instalação: a tensão na saída dos módulos varia de acordo com a radiação incidente, o que pode não ser muito bom para a operação de alguns dispositivos.
      • Forneça energia instantânea, ou por tempo limitado, maior do que o campo de painéis poderia gerar, mesmo nos melhores casos. É o caso da partida do motor, como o compressor do refrigerador.

      Como dissemos, os mais utilizados em instalações solares fotovoltaicas são os do tipo estacionário de ácido-chumbo.

      Que tipos de acumuladores de energia elétrica existem?

      Entre os acumuladores de chumbo-ácido do mercado, diferenciamos três tipos:

      • Acumuladores compactos, tipo monobloco: (semelhantes ao tipo iniciador). De uso habitual em pequenas instalações (uso nos finais de semana ...).
      • Acumuladores estacionários: construídos com vasos independentes, placas tubulares e barras com baixo teor de antimônio. Estes são ideais para instalações solares fotovoltaicas, pois foram projetadas para serem capazes de descarregar e recarregar lentamente quando houver energia disponível.
      • Acumuladores de tração: projetados para movimentar veículos e caminhões elétricos; São mais baratos que estacionários e podem prestar um bom serviço em instalações solares fotovoltaicas, desde que precisem de manutenção mais frequente.

      É importante saber que, quando o acumulador está conectado aos módulos fotovoltaicos, a tensão do acumulador determina a tensão operacional dos módulos. Assim, a curva de operação dos módulos terá um ponto de operação condicionado pelo acumulador e não o contrário, portanto o valor da intensidade fornecida pelo módulo é ajustado de acordo com a tensão do acumulador conectado.

      Embora os acumuladores sejam normalmente identificados pelo seu valor nominal de tensão, na realidade, a tensão de cada célula ou vaso varia dependendo do estado da carga. Esse valor varia entre aproximadamente 1,85 V (descarregado) e 2,4 V (carregado), dependendo do tipo e do fabricante.

      Em um acumulador composto por 6 vasos (nominal 12 V), a margem de flutuação varia de 10,5 a 14,4 V.

      Deve-se ter em mente que, normalmente, em uma instalação de energia solar fotovoltaica, a tensão dos módulos será semelhante à da bateria (exceto nos casos em que o regulador possua um seguidor do ponto de potência máximo dos módulos). Esse fato implica que os módulos funcionam em tensões inferiores à potência máxima e, portanto, a uma potência inferior à máxima possível.

      Assim, ao escolher o acumulador certo para uma instalação solar fotovoltaica, a escolha sempre será um compromisso entre economia e adequação, respeitando a qualidade mínima em termos de confiabilidade e duração.

      De qualquer forma, para a seleção correta do acumulador apropriado, será necessário ter as características das curvas de operação.

      Quais são as características de uma bateria?

      Para a seleção de uma bateria, é necessário pelo menos saber:

      • Tipo de bateria com tensão nominal, dimensões, peso ...
      • Capacidades de descarga C20, C50, C100 com valores correspondentes de tensão de corte.
      • Faixa de temperatura de trabalho.
      • Profundidade máxima de descarga.
      • Valor de auto-descarga.
      • Ciclo diário máximo permitido.
      • Tempo máximo de trabalho com 50% de carga e com um ciclo de 10%.
      • Desempenho de carregamento.
      • Variação da capacidade dependendo da temperatura.
      • Tensões finais de acordo com o regime de descarga.
      • Tensão máxima de carregamento, dependendo da temperatura e regime de carregamento.
      • Temperatura de congelação.
      • Densidade de acordo com o estado da carga.

      Comportamento de uma bateria acumuladora em uma instalação de energia solar fotovoltaica

      A tensão nos terminais da bateria depende dos seguintes fatores:

      • Nível ou estado de cobrança
      • Velocidade de upload ou download
      • temperatura

      Nível ou estado de cobrança

      A tensão nos terminais da bateria diminui ao descarregar e aumenta ao carregar no máximo (por exemplo, 14 V em baterias de 12 V). Ao descarregar, antes de descarregar totalmente, é atingido um valor de tensão limite mais baixo abaixo do qual a bateria pode não se recuperar se continuar descarregando.

      Para uma bateria de chumbo-ácido típica de 12V, esse valor é 10 V. Nas baterias de chumbo-ácido, o efeito de sulfatação que ocorre quando é atingido um estado de alta profundidade de descarga deve ser evitado. e fica assim por um tempo. O sulfato de chumbo inicia um processo de descristalização irreversível, que bloqueia a reação de carga e faz com que a bateria se comporte como se tivesse perdido parte de sua capacidade, devendo ser substituída por outra.

      Por outro lado, deve-se tomar cuidado para não sobrecarregar a bateria, pois nessas condições, se os painéis continuarem fornecendo corrente à bateria, as reações químicas do eletrólito continuarão ocorrendo e começarão a produzir oxigênio gasoso e hidrogênio, o que danifica e reduz o prazo de validade. Alguns fabricantes incorporam tampões de recuperação que, por "catálise", recombinam oxigênio e hidrogênio, devolvendo a água nas células. Mas a melhor maneira de evitar o uso de gás é um regulador de carga.

      Velocidade de upload ou download

      Se uma bateria estiver carregada, a voltagem em seus terminais será maior do que se a corrente de carga for desconectada, de modo que a resistência interna da bateria produza uma queda de voltagem interna. Quando descarregada, ocorre o contrário: a pequena queda de tensão na resistência interna faz com que a diferença de potencial nos terminais seja um pouco menor que a medida.

      temperatura

      Como as reações internas que ocorrem em uma bateria são de natureza química, a temperatura tem uma influência decisiva sobre essas reações. Assim, a tensão final recomendada para atingir o estado de carga total deve ser maior quanto menor a temperatura, pois as reações químicas têm mais dificuldades para ocorrer e, portanto, requerem mais energia para a execução do processo.

      Esse fato é importante, pois, dependendo da localização da instalação, o valor da tensão aplicada deve ser corrigido, dependendo da temperatura a que a bateria está sujeita. Isso condiciona a sala de baterias, como veremos mais adiante.

      Que outros elementos devem ser considerados?

        Por outro lado, deve-se levar em consideração que:

        • À medida que a temperatura aumenta, as reações aceleram e, portanto, a vida útil diminui.
        • Ao baixar a temperatura, a vida útil aumenta, mas existe o risco de congelamento, o que pode causar danos irrecuperáveis ​​à bateria. Portanto, para prever esse fato, a sala das baterias deve ser adaptada a temperaturas moderadas.

        Em uma bateria de ácido normal (ácido Pb-sulfúrico), a concentração de ácido é de 40% e, nessas condições, o ponto de congelamento é de -60 graus Celsius. Quando a bateria é descarregada, à medida que a concentração de eletrólitos diminui, o ponto de congelamento aumenta, atingindo o limite de 0ºC quando a concentração de eletrólitos é zero (água).

        Em seguida, a bateria pode ser danificada permanentemente (instalações de alta montanha). Esse fenômeno reafirma a necessidade de manter a sala da bateria o mais isolada possível do frio.

        Autor:

        Data de publicação: 7 de abril de 2016
        Última revisão: 28 de março de 2020