A energia solar não para de crescer e, no último mês de agosto, superou os 33GW de capacidade operacional no Brasil, com mais de 2 milhões de sistemas instalados. Para chegar a números tão expressivos, o setor precisa, obviamente, contar com uma constante evolução das tecnologias empregadas. Afinal, para montar um bom sistema fotovoltaico, é necessário utilizar módulos solares, materiais elétricos, estruturas, inversores, controladores de carga e baterias, como a bateria de lítio.
Nas próximas linhas o assunto abordado será as baterias, que têm a nobre missão de armazenar a eletricidade gerada e, assim, de resolver eventuais intermitências.
Segundo a provedora de pesquisas de mercado BloombergNEF, o investimento global em projetos de baterias de armazenamento de energia ultrapassou US$ 13 bilhões em 2020 e tem a expectativa de chegar a US$ 1,3 trilhão em 2030, impulsionado pela necessidade de soluções capazes de armazenar energia renovável. Ou seja, há muita demanda por essa tecnologia.
Para começar, vamos ao básico. As baterias estacionárias (incluindo chumbo-ácido e lítio) são as mais indicadas para sistemas de energia solar fotovoltaica, considerando o custo-benefício de fornecer a energia necessária por um custo mais baixo e com vida útil satisfatória.
Há outros dois tipos bastante conhecidos, mas que não são indicados por razões diferentes: as baterias automotivas são desenvolvidas para VEs e perdem tanto em desempenho quanto em vida útil, se forem usadas em sistemas fotovoltaicos; e as baterias tracionárias, apesar de oferecerem alta capacidade cíclica e elevada profundidade de descarga, são mais caras, o que geralmente inviabiliza o uso na energia solar.
A bateria de lítio Powerwall da Tesla
Consideradas a tecnologia de armazenamento solar mais eficiente, as baterias de lítio têm ganhado cada vez mais espaço no mercado, devido, principalmente, ao fato de ter durabilidade bem superior ao das baterias de chumbo-ácido. Estima-se que a bateria de chumbo-ácido permita 1.500 ciclos de vida, enquanto a bateria de lítio pode durar até três vezes mais.
Nem todos se lembram, mas a implementação das baterias de lítio na energia solar tem como um dos grandes responsáveis o polêmico bilionário Elon Musk. Em 2015, a Tesla, uma das empresas de Musk, lançou a primeira versão do Powerwall, um sistema de baterias de lítio para armazenamento de energia solar em residências e comércios.
O Powerwall trouxe ao mercado uma forma relativamente simples de funcionamento: o armazenamento do excesso de energia capturada pelos painéis fotovoltaicos nas baterias. Isso permite que o usuário use essa energia extra em horários de pico, por exemplo, o que reduziria o preço da conta de luz.
Tesla acaba de anunciar o Powerwall 3
De lá para cá, a empresa de Musk lançou o Powerwall 2, em 2016, e acabou de anunciar, neste mês de setembro, o lançamento do Powerwall 3 para 2024. Segundo a Tesla, a terceira geração do seu sistema de armazenamento de energia solar será totalmente integrado e projetado para instalações domésticas.
O Powerwall 3 terá a mesma capacidade de energia do Powerwall 2 (13,5 kWh), mas sua potência contínua saltará para 11,5kW. Outro diferencial é que a nova geração do sistema poderá fornecer mais energia com uma única unidade, além de ter sido projetado para chegar a até 40,5 kWh de expansão.
Editado por Alexia Messa
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A busca por uma alternativa ao uso de combustíveis fósseis está cada vez mais presente na agenda das empresas e da sociedade de modo geral. E o uso de baterias está intimamente ligado a essa preocupação, especialmente quando falamos das baterias de lítio — dispositivos que há anos podem ser encontrados em diversos itens eletrônicos (como notebooks e celulares), mas que já se tornaram comuns também em aplicações de energia solar fotovoltaica. É a bateria de lítio solar!
Para chegar à tecnologia utilizada nos sistemas de geração de energia solar, as baterias passaram por um longo processo de desenvolvimento. O primeiro modelo de bateria de lítio foi inventado em 1970 e viabilizado comercialmente em 1991. A partir daí, o desenvolvimento dessa tecnologia tornou possíveis sistemas de armazenamento de energia solar e eólica, um vislumbre de um futuro mais verde.
Sua aplicação está presente no dia a dia de todas as pessoas e, no caso dos sistemas de energia solar, a bateria LFP (lítio ferro-fostato) é a mais indicada — seja nos sistemas On Grid, que contam com outra fonte de energia paralela (como a elétrica, por exemplo); ou seja nos sistemas Off Grid, sem a dependência de outra fonte de energia.
A bateria LFP oferece diversas vantagens para qualquer sistema de energia solar fotovoltaica, que incluem sua melhor densidade energética (grande capacidade de armazenar energia em menos espaço), a longa durabilidade e diversos outros benefícios.
Bateria LFP (Lítio-Ferro Fosfato) da Unipower, indicada para sistemas fotovoltaicos de energia solar (Crédio da Imagem: Unicoba/ NeoSolar)
Quem inventou a bateria de lítio?
Um trio de cientistas premiado com o Nobel de Química em 2019 foi responsável pela invenção da bateria de lítio como conhecemos atualmente. A história começa na década de 1970, quando o britânico Stanley Whittingham estava pesquisando fontes de energia que não dependessem de combustíveis fósseis.
Ele inventou uma bateria em que um dos polos era parcialmente feito a partir do lítio metálico, que tinha força suficiente para liberar elétrons e gerar energia. Essa bateria tinha potencial de geração de até 2 volts. Porém, o lítio metálico era reativo e a bateria não era viável por ser potencialmente explosiva.
Na tabela periódica, o lítio pertence à família 1A da classificação dos elementos químicos (Crédito da Imagem: NeoSolar)
Anos depois, o americano nascido na Alemanha John B. Goodenough passou a pesquisar mais sobre o assunto e otimizou o primeiro protótipo desenvolvido por Wittingham, tornando possível dobrar a potência do modelo original, de forma mais estável, por meio da combinação de óxido de cobalto e íons de lítio. Aos 97 anos, ele se tornou a pessoa mais velha a ganhar um Prêmio Nobel, em 2019.
O japonês Akira Yoshino, por sua vez, foi responsável por transformar a bateria criada por Goodenough em um produto comercialmente viável, substituindo o lítio do ânodo por coque de petróleo, capaz de intercalar íons de lítio. Esse primeiro produto, finalizado em 1985, passou a ser distribuído inicialmente como bateria recarregável de máquinas filmadoras da Sony, no início da década de 1990.
Já no século 21, a popularização das baterias de lítio, especialmente com a alta demanda porveículos elétricos, fez com que a produção global aumentasse consideravelmente. Somente em 2018, foram produzidas 85 mil toneladas de lítio, conforme relatório anual do United States Geological Survey (USGS).
John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham e Akira Yoshino: o trio de centistas que recebeu o Prêmio Nobel de 2019 pela invenção da bateria de lítio (Crédito da Imagem: Nobel Prize/ Reprodução)
Baterias LFP: o Lítio Ferro-Fosfato na Energia Solar
As baterias mais indicadas em sistemas de geração solar são as de fosfato de lítio e ferro (LiFePO4), ou lítio ferro-fosfato – também conhecidas por outras nomenclaturas, como LFP e li-fosfato. Juntando as propriedades do lítio e do fosfato em prol do armazenamento de energia, trata-se de um tipo de baterias de íon-lítio relativamente novo no mercado.
Quando comparadas com baterias estacionárias de chumbo-ácido e outros tipos de baterias de lítio, as baterias LFP oferecem mais eficiência de carga e descarga, mais vida útil e alta capacidade realizar ciclos com desempenho linear.
Apesar do preço da bateria de lítio-ferro fosfato ainda ser mais alto que o de outras baterias comumente utilizadas em sistemas de energia solar, a LFP chega a durar mais de dez anos (dependendo da profundidade de descarga [DoD] em cada aplicação), mais que o dobro de outras baterias estacionárias de chumbo-ácido (como bateria estacionária comum, OPzS, OPzV, VRLA Gel, AGM e diversas outras tecnologias).
Além disso, a bateria de lítio solar não necessita de praticamente nenhuma manutenção, o que está fazendo com que alcance uma parcela cada vez maior do mercado.
Algumas vantagens da Bateria de Lítio Solar
Em termos de manutenção, existem baterias de chumbo-ácido que necessitam de acompanhamento regular, como no caso das Baterias de Eletrólito Líquido (Flooded) que utilizam uma mistura de ácido sulfúrico e água para ajudar a armazenar energia. A carga e descarga dessas baterias fazem com que a água evapore e seja necessário repor frequentemente o líquido.
Não verificar e repor o líquido nessas baterias pode danificá-las permanentemente, levando à diminuição da performance e do tempo de vida. Esse problema não existe nas baterias de lítio ferro-fosfato.
Inventadas na década de 1970, baterias de lítio são cada vez mais utilizadas em sistemas de energia solar fotovoltaica (Crédito da Imagem: Finnrich/ Pixabay)
As baterias de lítio e ferro também ocupam apenas 30% do espaço das de chumbo-ácido, por conta do seu tamanho reduzido e da alta densidade de energia. Ou seja: mais capacidade de armazenamento em espaço menor.
O peso da bateria de íons de lítio pode ser até 50% menor (por conta dos materiais utilizados em sua fabricação) e, de forma geral, a carga das baterias LFP é mais rápida. Além disso, as baterias lítio utilizadas em sistemas de energia solar são muito seguras, mesmo quando estão totalmente carregadas.
Também vale destacar como diferencial a quantidade de energia armazenada que pode ser utilizada pela bateria de lítio. Enquanto em baterias de chumbo-ácido a energia utilizada não deve ultrapassar mais de 50%, nas bateiras LFP o uso da carga pode chegar a 95% sem danificá-las.
Outra vantagem das baterias de lítio ferro-fosfato é o seu sistema interno que conta com a tecnologia BMS (battery management system) para o funcionamento seguro, ajudando a manter as operações seguras e a otimizar a expectativa de vida, monitorando a saúde e temperatura da bateria enquanto equilibra a carga por meio das células de energia. Se o sistema detecta condições inseguras, a bateria é desligada para prevenir danos.
Bateria de Lítio Solar vale a pena
O sol é uma fonte intermitente de energia. Isso significa que uma bateria com mais capacidade e eficiência pode ser a diferença durante períodos com menos produção de energia, como dias nublados, por exemplo, uma vez que ela proverá eletricidade suficiente mesmo que os painéis solares não tenham tanta captação.
Dessa maneira, escolher uma boa bateria, como as baterias de lítio ferro-fosfato (LFP), é um investimento fundamental para garantir a qualidade e eficiência de um sistema de energia solar fotovoltaica por muitos anos.
Instalação de banco de baterias de lítio em gabinete, exemplificando a aplicação em um sistema de energia solar (Crédito da Imagem: Neosolar)
