A crescente capacidade de energia fotovoltaica conectada à rede e o consequente impacto na mesma criaram condições mais favoráveis para o desenvolvimento do armazenamento de energia.
O armazenamento de energia fotovoltaica difere da geração de energia conectada à rede elétrica por utilizar baterias para armazenamento e dispositivos para carga e descarga dessas baterias; o investimento inicial será maior, mas a gama de aplicações possíveis será consideravelmente mais ampla. Neste artigo, apresentamos quatro cenários de aplicação de sistemas fotovoltaicos com armazenamento de energia que correspondem a diversas aplicações: cenários de armazenamento de energia fotovoltaica conectados à rede, cenários de armazenamento de energia fotovoltaica isolados da rede, cenários de sistemas de armazenamento de energia em redes híbridas e cenários de armazenamento de energia fotovoltaica em microrredes.
1. Cenário para aplicações de armazenamento de energia fotovoltaica fora da rede
Sistemas fotovoltaicos de armazenamento e geração de energia fora da rede elétrica são cada vez mais utilizados em regiões montanhosas remotas, áreas sem energia elétrica, ilhas, estações base de comunicação e iluminação pública, entre outros locais onde podem operar de forma autônoma, sem depender da rede elétrica.
O sistema é composto por um conjunto de painéis fotovoltaicos, um inversor fotovoltaico, um sistema de armazenamento de energia em baterias e uma carga elétrica. Quando há luz, o conjunto fotovoltaico transforma a energia solar em energia elétrica e, simultaneamente, fornece energia à carga através do inversor de frequência, além de carregar o conjunto de baterias; quando não há luz, a bateria alimenta a carga CA através do inversor.
Os sistemas de geração de energia fotovoltaica fora da rede são projetados especificamente para implantação em regiões sem rede elétrica ou que sofrem frequentes interrupções no fornecimento de energia. Esses sistemas operam em um modelo de "armazenamento e uso" ou "primeiro armazenamento e depois uso", análogo à forma como o carvão é transportado através da neve. Em áreas sem rede elétrica ou com frequentes apagões que afetam famílias, os sistemas fora da rede são extremamente práticos.
2. Cenários para aplicações de armazenamento de energia fotovoltaica em redes híbridas
Sistemas híbridos de armazenamento de energia fotovoltaica são comumente empregados durante frequentes interrupções no fornecimento de energia. Tarifas elevadas para autoconsumo impedem o excedente de energia injetado na rede; as tarifas de pico são significativamente mais caras do que as tarifas de vale e aquelas para aplicações alternativas.
O sistema é composto por painéis fotovoltaicos formados por módulos de células solares, equipamentos integrados para geração de energia solar conectados à rede e isolados da rede, baterias, cargas e outros componentes. Na presença de luz, o painel fotovoltaico transforma a energia solar em energia elétrica e carrega o banco de baterias, fornecendo energia à carga através do inversor de controle solar; na ausência de luz, a bateria carrega o inversor de controle solar e, consequentemente, fornece energia à carga CA.
A inclusão de controladores de carga/descarga e baterias em sistemas conectados à rede e em sistemas isolados aumenta o custo total em aproximadamente 30% a 50% em comparação com um sistema de geração de energia conectado à rede. No entanto, esse aumento amplia as aplicações potenciais do sistema. Primeiramente, é possível configurar o sistema fotovoltaico para gerar energia em sua capacidade nominal durante períodos de alta demanda de eletricidade, a fim de reduzir os custos com energia elétrica. Em segundo lugar, é possível carregar o sistema fotovoltaico durante o modo de operação isolado e descarregá-lo durante o período de pico de demanda, aproveitando a diferença de preço entre os segmentos de pico e vale. Por fim, caso a rede elétrica esteja indisponível, o sistema fotovoltaico funciona como uma fonte de energia de reserva, e o inversor pode ser desativado para operar em modo isolado. Atualmente, esse cenário é implementado com mais frequência em países desenvolvidos.
3. Cenários para aplicação de sistemas de armazenamento de energia fotovoltaica conectados à rede
Sistema de geração de energia fotovoltaica com armazenamento de energia conectado à rede, que opera em modo de acoplamento CA, utilizando predominantemente componentes fotovoltaicos e de armazenamento de energia. Além de aumentar a proporção de autogeração, autoconsumo e armazenamento de energia fotovoltaica distribuída em solo, o sistema possui a capacidade de armazenar o excedente de energia gerada, tanto para aplicações industriais quanto comerciais, como armazenamento de energia fotovoltaica e outras aplicações potenciais.
Os módulos de células solares compõem o conjunto fotovoltaico, que é complementado por um conjunto de baterias, um controlador de carga/descarga (PCS) e uma carga consumidora de energia. Em situações em que a energia solar não é suficiente para suprir a demanda da carga, o sistema é alimentado parcialmente por energia solar e pela rede elétrica. Por outro lado, quando a energia solar excede a demanda da carga, uma parte da energia solar é utilizada para alimentar a carga, enquanto a parte restante é armazenada pelo controlador. Além disso, o sistema de armazenamento de energia pode ser empregado na gestão da demanda, na arbitragem de pico e vale e em outros cenários para aumentar a rentabilidade do sistema.
No novo mercado de energia da China, o sistema de armazenamento de energia fotovoltaica conectado à rede tem despertado considerável interesse como um cenário emergente de aplicação de energia renovável. Ao integrar um dispositivo de armazenamento de energia, a geração de energia fotovoltaica e uma rede de corrente alternada, o sistema maximiza a utilização de energia renovável.
4. Cenários para aplicações de sistemas de armazenamento de energia em microredes
Devido à sua importância como dispositivo de armazenamento de energia, o sistema de armazenamento de energia em microredes está assumindo uma posição mais proeminente no sistema elétrico e no desenvolvimento de novas energias na China.
Com a crescente popularidade das energias renováveis e os avanços científicos e tecnológicos, os cenários de aplicação para sistemas de armazenamento de energia em microredes continuam a se expandir. Esses cenários dizem respeito principalmente aos dois aspectos listados abaixo:
1) Sistema de geração e armazenamento de energia distribuída: A geração de energia distribuída refere-se à instalação de equipamentos de geração de energia em pequena escala próximos ao usuário final, utilizando fontes como energia eólica, solar fotovoltaica e outras. Qualquer excedente de energia gerada é posteriormente armazenado em um sistema de armazenamento de energia, servindo como fonte de energia de reserva durante períodos de alta demanda de eletricidade ou interrupções na rede.
2) Sistemas de microrredes com sistema de backup de energia: Para um fornecimento de energia local confiável em áreas remotas, ilhas e outros locais com difícil acesso à rede elétrica, os sistemas de armazenamento de energia em microrredes podem ser utilizados como fontes de energia de reserva.
Ao aproveitar a complementação multienergética, as microrredes podem otimizar o uso do potencial da energia limpa distribuída. Isso permite mitigar aspectos desfavoráveis, como capacidade limitada, geração de energia não confiável e fornecimento de energia independente instável, garantindo também a operação segura da rede elétrica principal. Como resultado, as microrredes servem como um valioso complemento à rede elétrica principal. A escala dos cenários de aplicação de microrredes é consideravelmente maior, variando de alguns quilowatts a dezenas de megawatts, e a variedade de implementações possíveis é consideravelmente mais ampla.
Os padrões de utilização para armazenamento de energia fotovoltaica são extensos e variados, abrangendo microrredes, sistemas isolados e sistemas conectados à rede. As aplicações práticas de energia renovável são caracterizadas pelos benefícios e atributos únicos de cada tipo de cenário, que, em conjunto, fornecem aos usuários energia confiável e eficiente.
Com o avanço contínuo da tecnologia fotovoltaica e a redução dos custos, o armazenamento de energia fotovoltaica assumirá uma posição mais significativa no sistema energético do futuro. Simultaneamente, o desenvolvimento e a implementação de diversos cenários facilitarão o rápido progresso do setor energético emergente da China e contribuirão para a transformação energética e o desenvolvimento sustentável, com baixas emissões de carbono.
