Baterias: a salvação das renováveis?

Consideradas as soluções mais amplamente aplicadas para abordar questões associadas ao aumento da demanda de energia e aquecimento global, a energia solar e eólica, todavia, são fontes dependentes dos recursos climáticos com características intermitentes. 

Nessa linha, uma das questões mais cruciais é a mudança da configuração atual do armazenamento de energia para contornar esse entrave. 

Atualmente existem duas alternativas: a injeção dessa energia sobressalente na rede ou em um sistema de baterias. A primeira solução é a mais utilizada por uma questão puramente econômica. Isso porque é onerosa a instalação e manutenção de um sistema de baterias -geralmente de íon lítio ou níquel cádmio- quando comparada ao pagamento mensal das tarifas de injeção na rede e do abatimento de créditos.

Contudo, a contrapartida principal é de que esse modelo é apenas um método paliativo para o cerne da problemática porque a sobrecarga no SIN é iminente. Exemplificando: algumas concessionárias estão impedindo a ligação de usinas de geração distribuída na rede, alegando esse exato problema.

-Tipos de baterias mais utilizadas no mercado

Atualmente, os tipos de baterias mais utilizados são de PbA e NiCd. Ambas são configuradas em um sistema isolado como pequenas placas mergulhadas em uma solução alcalina que facilita a troca de íon entre as moléculas. 

A bateria recarregável possui o diferencial de reverter esse processo de troca de energia química por elétrica, necessitando de um capacitor que injete energia no meio e faça os elétrons fluírem do meio mais eletricamente negativo para o com excesso de prótons.

Com os avanços tecnológicos, a capacitação de aproveitamento de ciclos se tornou maior. Antes, apenas centenas de ciclos eram de fato possíveis antes do esgotamento e impossibilidade de recarregamento. Hoje, a capacidade está em milhares de ciclos e no futuro se estima em milhões de ciclos antes do desabastecimento total. Isso, aliado a uma série de acumuladores para atingir uma maior capacidade global de armazenamento, é crucial para as demandas atuais e futuras. 

Algumas pautas, entretanto, devem ser mencionadas acerca de seu dimensionamento. O primeiro é o da impossibilidade de um longo e frequente período de autonomia do sistema de baterias. Como estas são sensíveis a mudanças bruscas de temperatura e a sobrecargas, sua ideia base é de realizar o ciclo de troca de energia lentamente e nunca chegando aos 100%, e nos casos das baterias de chumbo-ácido, evitando ao máximo as descargas profundas para impedir o surgimento de cristais de sulfato de chumbo que danificariam a estrutura de forma permanente. 

-Precificação e maneiras de melhor aproveitamento do sistema

Seguindo os princípios básicos de funcionamento de um circuito pelo eletromagnetismo, o modelo de baterias em paralelo é o mais indicado para uma maior capacidade e aproveitamento da rede. Pela Lei de Ohm, o potencial elétrico é somado em baterias em série e dividido em baterias em paralelo, o que possibilita uma distribuição igual de corrente entre as partes e uma redução de danos nas baterias, já que impedirá que façam um excesso de transformação de energia.

Como a instalação de um sistema de baterias bem-sucedido é uma tarefa complexa, dado ao fato de que necessita, além de baterias, de um inversor e um sistema de refrigeração, sua precificação acaba por ser elevada.

Um sistema simples de baterias doméstico de 7,2 kWh para um consumidor médio residencial com cerca de 550 kWh/mês de consumo e que faça uso de um sistema fotovoltaico para abater metade de seu consumo mensal, gastaria, no ano de 2018, cerca de R$18.037,50 com troca programada para metade da vida útil do sistema¹.

Um dos modelos que necessitaria de uma atenção maior do mercado seria uma junção entre UCs organizadas para compartilharem de um sistema de baterias maior, a fim de conseguir suprir a necessidade de todos a um custo menor. 

No entanto, mesmo prevista na Lei 14.300, ainda não há um amparo técnico-legal satisfatório para a execução dessa metodologia.

-Situação nacional versos internacional

Além disso, com o aumento do valor de componentes básicos de estruturas elétricas e igualmente expressivo do dólar pela inflação global, a situação atual do sistema de armazenamento de energias sob forma de baterias no SFV (Sistema fotovoltaico) é pouco animadora. Para o consumidor médio residencial, que é o principal cliente em pequenos sistemas FV, esse não seria um sistema economicamente e legalmente viável. A primeira parte, derivada da alta precificação, e a segunda pelo baixo aporte técnico/legal da legislação brasileira. 

No cenário internacional, países como a China e os Estados Unidos lideram as expectativas mundiais de armazenamento (Figura 1) derivado da provável diminuição expressiva dos preços das baterias íon lítio e sua versatilidade, dado ao seu uso tanto em veículos elétricos quanto em sistemas FV, e com os devidos avanços tecnológicos, de reaver a sua reutilização mesmo após o fim de seu tempo de primeira vida. 

Nesse modelo, os componentes internos seriam removidos e trocados por outros em perfeito estado, mantendo a caixa externa e garantindo um custo menor (Figura 2) e uma vida útil restante extremamente satisfatória.

Figura 1 – Previsão em nível mundial da capacidade de armazenamento (em MW) por ano e país (BNEF, 2019)

Figura 2 – Estimativa de redução da precificação das baterias íon-lítio em nível mundial em US$ por ano (BNEF, 2019)

Em suma, mesmo que o cenário brasileiro e internacional não sejam atualmente muito motivador, é questão de tempo até que se torne uma alternativa viável para grande parte dos consumidores de SFV. Algumas mudanças estão se tornando perceptíveis, como a abertura do mercado brasileiro para sistemas ancilares complexos e uma maior regulação na venda desses aditivos, mas que ainda peca no âmbito regulatório em um aspecto geral porque somente sistemas off-grid estão aptos para a recepção dessa tecnologia.

Desse modo, a estimativa geral dita que, nos próximos anos, a utilização dessa tecnologia esteja em ampla escala, diminuindo o impacto da intermitência dos painéis no sistema, tanto em nível micro quanto macro. Segundo estimativas da IEA, a capacidade de armazenamento instalada global deve se expandir 56% nos próximos cinco anos para atingir 270 GW até 2026. O principal fator, ainda segundo a IEA, é a crescente necessidade de flexibilidade e armazenamento do sistema em todo o mundo para utilizar e integrar totalmente partes maiores das energias renováveis em sistemas de energia. 

Bibliografia

¹Finotti, A.S, Almeida, M.P., ZIlles, R. “Simulação do uso de baterias adotando a tarifa branca para microgeração fotovoltaica de classe residencial”, Universidade de São Paulo, Instituto de Energia e Ambiente. São Paulo, abril de 2018.

Empresa de Pesquisa Energética. “Sistemas de Armazenamento em Baterias Aplicações e Questões Relevantes para o Planejamento”. Brasília, novembro de 2018.

Rydh, C. J., Sandén, B. A. “Energy analysis of batteries in photovoltaic systems. Part I: Performance and energy requirements” Energy Conversion and Management 46 (2005) 1957–1979. Suécia, dezembro de 2004.

Rydh, C. J., Sandén, B. A. “Energy analysis of batteries in photovoltaic systems. Part II: Energy return factors and overall battery efficiencies” Energy Conversion and Management 46 (2005) 1957–1979. Suécia, dezembro de 2004.