BATERIA DE LÍTIO – ENERGIA SOLAR

A bateria de lítio (também conhecida como bateria de íons de lítio) se destaca entre outros tipos de baterias por armazenar mais energia em menos espaço e com menor peso, já que tem sempre como principal componente o lítio – um elemento mineral de baixa densidade (com apenas três prótons e três nêutrons), que é capaz de ter alto rendimento mesmo em dispositivos pequenos e leves, como aparelhos celulares.

Com diferentes tipos (que dependem da composição química de cada bateria e podem envolver outros elementos combinados com o lítio, como iodo ou oxigênio), as baterias de lítio são hoje peças essenciais em veículos elétricos, aviões, drones, celulares, notebooks e eletrônicos em geral.

Mas esse universo de aplicações não para de crescer – e, cada vez mais, a bateria de íons de lítio tem se tornado mais comum também no setor de energia solar, como uma das mais modernas soluções para armazenamento de energia (storage).

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• A invenção da bateria de lítio

Abundante em países como Argentina, Austrália, Bolívia, Chile e China e Congo, o lítio começou a ser utilizado em baterias recarregáveis na década de 1970, a partir de experimentos realizados [DF1] pelo americano John B. Goodenough, o britânico-americano M. Stanley Whittingham e o japonês Akira Yoshino.

Muitos anos depois, em 1991, a bateria de íon-lítio começou a ser utilizada comercialmente pela Sony [DF2] e, desde então, se tornou elemento fundamental de diversos tipos de indústrias.

Como reconhecimento pela importância da invenção que permitiu imensos saltos tecnológicos para toda a humanidade, em 2019 o trio de cientistas que descobriu a bateria de lítio recebeu o Prêmio Nobel de Química. “Os laureados lançaram as bases de uma sociedade sem fio e livre de combustíveis fósseis", declarou, na época, o comitê responsável pela premiação.

• Qual a diferença entre bateria de lítio-iodo, bateria de lítio-ar (oxigênio) e bateria de íon de lítio?

Diferentes tipos de baterias e pilhas são produzidos a partir do lítio, com composições químicas e finalidades diversas. Comentaremos aqui alguns dos modelos mais comuns.

Um desses tipos é a bateria de lítio-iodo – que, como o nome diz, é formada por lítio e um complexo de iodo. Por serem leves e seguras (não liberam gases) essas baterias são comumente utilizadas para tratamento de problemas cardíacos e por isso ficaram também conhecidas como “pilhas de marca-passo”.

Sem o iodo e com outra composição, há também a bateria de íon de lítio (Li-íon) , que é o tipo mais comum de bateria de lítio, muito utilizada em equipamentos eletrônicos, automóveis e sistemas de energia solar – se destacando por seu excelente rendimento e longa vida útil.

E há, ainda, uma terceira composição que tem gerado grande expectativa: a bateria de lítio-oxigênio (Li-O2 ou lítio-ar), que funciona a partir de reações químicas entre lítio e oxigênio. Acredita-se que essa bateria será capaz de proporcionar uma capacidade de armazenamento ainda maior que as células convencionais de íons de lítio, mas essa tecnologia ainda precisa de mais estudos para se consolidar como uma opção viável.

Apesar de resultados promissores em testes de laboratório, cientistas ainda lutam para aumentar a performance das baterias de lítio-ar, pois atualmente a maior parte da energia das reações químicas é desperdiçada na forma de calor.

• Pilha de lítio e bateria de lítio são a mesma coisa?

Embora por vezes uma pilha possa também ser chamada de bateria, tecnicamente há diferença entre os dois dispositivos. Ambos produzem reações químicas para gerar correntes elétricas, mas pilhas são menores (um sistema formado por apenas dois eletrodos), enquanto baterias possuem um conjunto de pilhas ligadas em série e paralelo.

Para aplicações de energia solar, são utilizadas baterias de íons de lítio (maiores e com maior capacidade).

Inventadas na década de 1970, baterias de lítio são cada vez mais utilizadas em sistemas de energia solar fotovoltaica (Crédito da Imagem: Finnrich/ Pixabay)

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• Como funciona uma bateria solar de lítio?

A bateria de íon de lítio (utilizada em sistemas de energia solar) tem como eletrólitos os sais de lítio (LiClO4), dissolvidos em solventes orgânicos para possibilitar a reação química.

O funcionamento dessa bateria é possível graças às partes internas presentes no dispositivo:

• Cátodos: são os polos positivos da bateria, que armazenam os íons de lítio e cedem seus elétrons. Podem ser fabricados de diversos materiais. Saiba mais aqui sobre os diferentes tipos de baterias de lítio.
• Ânodos: são os polos negativos da bateria, que recebem elétrons. Geralmente são compostos por materiais à base de carbono (como grafite sintético).
• Camada de íons de lítio: fica separada do cátodo, mas fornece os elétrons que fazem a bateria operar.
• Separador e material solvente: a bateria deve ter um material semipermeável solvente que separe os ânodos e cátodos e permita que apenas íons de lítio possam fluir entre um lado e outro do dispositivo. Geralmente éter é utilizado para proporcionar essas reações químicas.

Quando a bateria é carregada (ou seja, armazena energia), os íons de lítio migram dos cátodos para os ânodos, através do material solvente. Já nos momentos em que a bateria é descarregada, ocorre o processo inverso (os íons de lítio migram dos ânodos para o cátodo) e é durante esse processo que a bateria envia ao sistema a energia que foi antes armazenada.

Vale lembrar que as baterias de lítio são recarregáveis – portanto, esses dois processos (carga e descarga) podem se repetir por diversos ciclos, de acordo com a vida útil de cada bateria (geralmente estipulada em quantidade de ciclos).

Funcionamento de uma bateria solar de lítio (Crédito da Imagem: NeoSolar)

Entre as baterias de íons de lítio há diversos tipos, que variam conforme o material que compõe o cátodo (polo positivo) de cada bateria, suas reações químicas internas ou outras características.

Apresentamos abaixo os principais tipos de baterias de lítio:

• LFP - Bateria de Lítio Ferro Fosfato (LiFePO4)

Indicadas para sistemas de energia solar fotovoltaica, as baterias de lítio ferro fosfato (LFP) trazem alta densidade energética. A reação entre os materiais de fosfato (presentes no cátodo) e o lítio proporcionam a essas baterias, de forma geral, alta capacidade de corrente e maior vida útil.

São baterias que se destacam também pela boa estabilidade térmica (podem operar entre +60ºC e -30ºC), já que o fosfato possui boa tolerância às variações de temperatura.

Além de seguras, as baterias LFP também são mais tolerantes a serem totalmente carregadas e não sofrem tanto estresse quanto outros tipos quando são expostas a descargas profundas.

Possuem uma densidade de energia (bateria) de cerca de 150 Wh/kg e vida útil de cerca de 6.000 ciclos.

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• LMO - Bateria de lítio óxido manganês (LiMn2O4)

A combinação do óxido manganês com o lítio fornece vantagens como carregamento rápido e descarga de alta corrente, o que torna interessante seu uso, por exemplo, em alguns componentes de carros elétricos.

Por outro lado, essa composição também resulta em vida útil mais curta e menor capacidade para a bateria, o que torna comum a mistura das baterias de lítio-manganês com óxido de lítio-manganês cobalto (NMC) para alcançar um melhor custo-benefício.

A bateria de lítio óxido manganês (LMO) possui uma densidade de energia de cerca de 0,41 kWh/kg e vida útil entre 1.500 e 3.000 ciclos.

• LCO - Bateria de lítio óxido cobalto (LiCoO2)

A LCO foi o primeiro tipo de bateria de lítio explorado comercialmente e segue até hoje como principal combinação voltada a dispositivos eletrônicos de consumo (como celulares, laptops, câmeras e tablets). Possuem boa densidade energética, longa vida útil e são fáceis de serem produzidas em larga escala (embora haja acesso limitado ao cobalto).

Por outro lado, essa bateria de lítio não possui a mesma capacidade de carga e descarga da bateria de lítio LFP (ferro fosfato) para atender a aplicações maiores, como o uso em veículos elétricos ou sistemas solares e estacionários.

De forma geral, a bateria de lítio LCO uma densidade de energia de cerca de 0,58 kWh/kg e vida útil entre 1.500 e 2.000 ciclos.

• NCA - Bateria de lítio níquel cobalto óxido de alumínio (LiNiCoAlO2)

São baterias que guardam semelhanças com as baterias de lítio NMC e trazem algumas vantagens como longa vida útil, boa densidade de potência e energia. Podem , porém, trazer desvantagens em aspectos como segurança e custo, sendo indicadas apenas para aplicações especiais. A Tesla também usa este tipo de baterias em seus veículos elétricos.

• LiPO - Bateria de Lítio com Polímeros 

Há baterias que se distinguem das outras não pelo material que compõe seu eletrólito positivo (cátodo), mas sim por seu separador, que pode ser fabricado com polímero (semelhante a uma película plástica) e não com o tradicional separador poroso.

Geralmente as baterias de lítio com polímero (LIPO) são à base de cobalto, mas podem contar também com outros tipos de materiais.

Como o polímero tem baixa condutividade e precisa de temperatura muito altas (acima de 60ºC) para realizar a operação, é mais comum também que esse tipo de bateria conte com um micro separador poroso úmido que melhore seu funcionamento. Como vantagem, podem ser mais leves e feitas em maior variedade de formatos que as baterias com separadores tradicionais (o que torna os dispositivos com polímeros mais flexíveis).

• LTO – Bataria de Titanato de Lítio

O principal aspecto que diferencia os tipos de baterias de íon de lítio são os materiais que compõem o polo positivo (cátodos) de cada dispositivo. Porém, há também variações dos polos negativos (polo negativo), que nem sempre são fabricados de grafite. Um exemplo são as baterias com eletrodo de titanato de lítio (Li4Ti5O12 - LTO), um material que colabora em aspectos como alta segurança e longa vida útil.

Exemplo de Bateria de Lítio Ferro Fosfato (LFP), indicada para uso com energia solar (Crédito da Imagem: Reprodução/ Unicoba - Unipower)

100Quando falamos de aplicações em sistemas de energia solar, as baterias de íons de lítio possuem diversas vantagens em relação aos outros tipos de baterias estacionárias comuns para essa finalidade (como baterias de Chumbo-Ácido Ventilada [OPzS], Chumbo-Ácido Gel VRLA [Selada] e Chumbo-Ácido AGM VRLA, entre outras).

Veja aqui tudo sobre outros tipos de baterias estacionárias para sistemas de energia solar.

Confira um quadro comparativo que exemplifica algumas das vantagens da bateria de lítio em relação a alguns tipos de baterias estacionárias de chumbo-ácido.

Comparativo de Baterias para Energia Solar - Tecnologias

Fonte: Unicoba - Com base em modelos de baterias estacionárias para energia solar fotovoltaica encontradas no mercado brasileiro no segundo semestre de 2021. 

Todas essas vantagens são possíveis por conta do lítio, que é mais leve que o chumbo, possui maior potencial eletroquímico e capacidade de fornecer maior densidade de energia por peso - podendo oferecer até 150 watts-horas (Wh) de energia por quilo (kg), ante 25Wh/ kg das tradicionais baterias estacionárias de chumbo-ácido.

As baterias de lítio também possuem maior capacidade de armazenamento de energia (storage), maior profundidade de descarga (DoD) e vida útil superior: enquanto uma bateria de chumbo-ácido dura uma média de 1.200 ciclos, as baterias de lítio disponíveis hoje no mercado podem chegar a até 6000 ciclos, podendo passar de 10 anos de funcionamento).

Outro benefício importante é o fato da bateria de lítio não ser afetada pelo chamado efeito de memória, que pode ocorrer com outros tipos de baterias quando há quedas abruptas na tensão da bateria e o equipamento passa a funcionar com desempenho inferior nas descargas seguintes. Em outras palavras, podemos dizer que a bateria de lítio “não vicia” e não corre o risco de ficar “viciada” (perder rendimento por conta de seu uso).

Comparativamente, as baterias de lítio também demandam baixa manutenção (não exigem reposição de eletrólito, como alguns tipos de baterias de chumbo-ácido) e podem ficar um maior tempo armazenadas (sem recargas). E vale destacar, ainda, a vantagem da bateria de lítio operar em uma maior faixa de temperatura (“range”) que as baterias estacionárias de chumbo-ácido, com menos impacto no seu desempenho.

As baterias de lítio também não emitem gases (característica de algumas baterias de chumbo-ácido) e podem ficar confinadas. Clique aqui para saber mais sobre a segurança das baterias de lítio.

Dentre as desvantagens ou limitações das baterias de lítio mais citadas, podemos destacar a segurança, custo alto e restrições ao descarte ou reciclagem.

Comumente, associa-se as baterias de lítio a suposta falta de segurança, com relatos de baterias pegando fogo/ gerando incêndios e até explosões por superaquecimento ou contato com oxigênio. No entanto, geralmente esses casos não se referem ao uso do lítio em sistemas de energia solar (levando em consideração que as baterias mais utilizadas nesses sistemas são do tipo LFP – lítio-ferro fosfato).

É importante explicar: a maioria desses acidentes se refere ao uso de outros tipos de baterias de íon de lítio (usualmente com o lítio associado a cobalto, em aparelhos eletrônicos como celulares e computadores, ou grandes veículos como aviões). São problemas extremamente raros, já que a associação de lítio com elementos químicos como manganês e cobalto também já é considerada segura, mas que eventualmente podem acontecer.

Ainda assim, no caso da bateria de lítio ferro fosfato – LFP, o tipo mais utilizado com energia solar, a segurança é ainda maior. Nas aplicações solares, as baterias de lítio costumam ser utilizadas com risco extremamente baixo por conta de sua boa estabilidade térmica (com boa tolerância à variação de temperatura, podendo operar entre +60ºC e -30ºC sem perder vida útil, enquanto baterias de chumbo-ácido costumam ter perdas significativas já a partir de 25ºC).

Outra característica que traz grande segurança às baterias de lítio LFP são seus robustos invólucros de segurança, capazes de proteger contra choques e também isolar a bateria em casos de temperaturas externas de até 600ºC.

Em relação aos preços, apesar de um investimento inicial mais elevado, as baterias de lítio já são consideradas mais baratas do que as baterias estacionárias de chumbo ácido quando levamos em conta os seus benefícios e a sua vida útil muito maior. Leia mais aqui sobre o preço das baterias de lítio.
Já o descarte das baterias de íons de lítio ao final de sua vida útil, que tem sido tema de muitas discussões de empresas e de governos, é um problema que vem sendo minimizado com diversas medidas Clique aqui para saber mais sobre o descarte a reciclagem das baterias de lítio..

Quando utilizamos baterias em sistemas de energia solar fotovoltaica, devemos sempre conhecer os parâmetros do sistema para, então, calcular a quantidade de baterias que serão utilizadas (dimensionamento). Além do consumo diário de energia, devemos observar também qual a aplicação do projeto solar e a autonomia necessária (ou seja, quanto tempo o sistema precisa ser capaz de operar em momentos sem geração de energia solar) –target="_blank">leia mais sobre autonomia aqui.

Uma vez conhecidos o consumo diário de energia e a autonomia necessária, pode-se dimensionar a quantidade e capacidade de baterias para que operem por um determinado número de dias até um novo ciclo de carga.

A capacidade a ser determinada para o banco de baterias vai variar conforme o tipo de bateria adotado – sendo que as baterias de lítio são as mais vantajosas nesse aspecto, já que costumam suportar maiores profundidades de descarga (DoD) sem comprometer sua vida útil (quantidade de ciclos).

Comparativamente com as baterias estacionárias comuns (de chumbo-ácido), as baterias de lítio podem operar com uma menor capacidade de armazenagem de energia (normalmente dado em Wh). Desta forma, é possível otimizar o tamanho do banco de baterias (conseguindo atingir um melhor desempenho em espaços menores).

Para entender melhor como a bateria de lítio consegue igualar o rendimento dos outros modelos com uma menor capacidade instalada, confira um comparativo entre o dimensionamento de diferentes tipos de baterias.

• Qual a Profundidade de Descarga (DoD) ideal para uma Bateria de Lítio?
   

A profundidade de descarga de uma bateria (também chamada de DoD – Depth of Discharge) é a quantidade de energia armazenada na bateria que foi utilizada, em comparação com a capacidade total do dispositivo.

A maioria das baterias possui uma curva que demostra seus limites operacionais e que mostra a influência de uma alta DoD em relação à quantidade de ciclos que ela é capaz de suportar (em outras palavras, a vida útil da bateria).

As baterias solares de íon de lítio são baterias de ciclo profundo

Isso significa que, com a bateria solar de lítio, é possível utilizar mais da energia armazenada sem ter que carregá-la com tanta frequência. Algumas baterias de chumbo-ácido também podem atingir DoDs máximos de até 80%, porém com uma significativa perda em sua capacidade de ciclagem.

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• Quanto espaço uma Bateria de Lítio ocupa em um sistema de Energia Solar Fotovoltaica?

Essa é outra vantagem do lítio em relação a outros modelos de baterias estacionárias. O lítio tem melhor densidade energética e, logo, é capaz de gerar mais energia em menos espaço (ou seja, oferece o mesmo rendimento em uma capacidade instalada menor).

Veja, abaixo, um comparativo de espaço ocupado por três baterias diferentes (chumbo-ácido ventilado, chumbo-ácido AGM e íon de lítio) em um mesmo dimensionamento (para consumir 3.900 Ah durante 8 horas). A ilustração demonstra como a bateria de lítio ocupa menos espaço em um sistema de energia solar fotovoltaica.

Comparativo do espaço ocupado por diferentes baterias estacionárias para energia solar (Crédito da Imagem: NeoSolar)

• A Bateria de Lítio pode ficar bastante tempo sem ser descarregada? 

A bateria de íon de lítio também se diferencia das baterias estacionárias de chumbo-ácido por conta de seu maior tempo de armazenamento (ou seja, o período que a bateria pode permanecer sem ser recarregada sem que isso prejudique sua vida útil).

No caso das baterias de lítio, considerando um armazenamento a 20ºC, é possível mantê-las por um ano armazenadas sem recarregá-las. Isso é uma grande vantagem em relação às baterias de chumbo-ácido, que, nas mesmas condições, costumam necessitar de uma recarga ao menos a cada 6 meses para não serem danificadas.

Essa diferença ocorre porque as bateria de chumbo-ácido possuem autodescargas muito maiores do que as baterias de lítio, além de um menor limite de DoD máximo.

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SAIBA MAIS SOBRE A COMPATIBILIDADE DAS BATERIAS DE LÍTIO COM INVERSORES E CONTROLADORES DE CARGA

As baterias LFP de íon de lítio ferro fosfato (mais utilizadas em sistemas de energia solar) possuem vida útil entre 4.000 a 10.000 ciclos, a depender da profundidade de descarga, (DoD), o que pode representar duração de 10 a 20 anos, enquanto baterias de chumbo-ácido duram de 6 meses a 10 anos (dependendo do modelo e de outros fatores de utilização).

No caso do lítio, mesmo com altas profundidades de descarga (como 90% DoD – ou seja, utilização de quase a carga total da bateria antes de voltar a carregá-la), o dispositivo deve suportar a quantidade de ciclos informada pelo fabricante, enquanto as baterias de chumbo-ácido costumam ter grande prejuízo em sua vida útil com descargas desse porte.

Para entender melhor a vida útil de diferentes tipos de baterias para energia solar, confira nosso comparativo clicando aqui. 

Embora tenham um investimento inicial mais alto que as baterias estacionárias de chumbo-ácido, as baterias de lítio para energia solar apresentam diversas vantagens ao longo de sua utilização (como maior eficiência na carga e descarga, e maior vida útil mesmo em ciclos profundos), que acabam por torná-la a escolha com melhor custo-benefício para sistemas de armazenamento de energia (storage).

Quanto custa a bateria de lítio para energia solar? Confira preços na loja da NeoSolar.

Se considerarmos o custo por ciclo (ou seja, dividirmos o preço inicial do produto pela quantidade de vezes que a bateria poderá ser carregada e descarregada ao longo de sua vida útil) e ainda se considerarmos que os ciclos de uma bateria de lítio podem ser mais profundos, veremos que a bateria de lítio pode ser pelo menos três vezes mais econômica em relação aos modelos de chumbo-ácido.

O fato de durarem muito mais e não ser necessário voltar a comprar outra bateria por ao menos uma década torna as baterias de lítio mais baratas a médio prazo e um excelente negócio. Afinal, baterias devem ser compradas para durar bastante tempo e garantir um bom armazenamento.

Além disso, muitas vezes os sistemas de energia solar são instalados em locais remotos. O custo de manutenção, serviço para trocas de baterias, confiabilidade do sistema e outros fatores trazem uma vantagem adicional para os sistemas com baterias de lítio.

Para entender melhor os fatores que influenciam no melhor custo-benefício da bateria de lítio para energia solar, clique aqui e veja um comparativo sobre preços de baterias para energia solar (analisando baterias de lítio e estacionárias).

Confira preços de baterias de lítio para energia solar

O lítio é um dos elementos conhecidos de mais alta densidade energética: ou seja, consegue concentrar muita energia em pequenos espaços e, quando utilizado na composição de uma bateria, naturalmente tende oferecer soluções mais leves com alta capacidade.

Na tabela periódica, o lítio está classificado como um “metal alcalino” e é o elemento de menor peso atômico dentre os metais.

Tabela Periódica (Crédito da Imagem: NeoSolar)

O peso exato de cada bateria vai depender de uma série de fatores, como o tamanho e capacidade de cada dispositivo, além do peso extra de seu invólucro.

Porém, em uma comparação real de produtos existentes no mercado, temos que uma bateria de lítio ferro-fosfato (LFP) entrega 5000Wh com um equipamento de 40 kg, enquanto a mesma capacidade exigiria um banco de baterias de mais de 110 kg com baterias solares de chumbo-ácido (ou seja: no exemplo, a bateria de lítio oferece a mesma capacidade com menos da metade do peso).

A bateria de íon de lítio é bastante tolerante a variações de temperaturas no ambiente, capaz de operar em uma faixa de -10ºC a 60ºC sem perder vida útil. Isso significa, em termos práticos, que é possível trabalhar com baterias de íons de lítio em regiões quentes e frias sem que isso afete a durabilidade do produto, enquanto baterias de chumbo-ácido, em geral, começam a perder vida útil quando são expostas a ambientes com mais de 25ºC.

Além disso, por questões de segurança, as baterias de lítio também costumam vir protegidas em invólucros metálicos que aumentam a sua resistência a altas temperaturas – em alguns casos chegando a evitar que o equipamento se danifique mesmo a temperaturas externas que podem chegar a até 600ºC, que é o ponto de fusão do lítio.

Outro dispositivo de proteção presente na maioria das bateria de lítio é a função BMS (sigla do inglês Battery Management System ou “Sistema de Gerenciamento da Bateria” em tradução literal) -, que monitora diversos parâmetros da bateria e de suas células (como a tensão, corrente e temperatura), além de controlar a corrente de entrada e saída da bateria e suas células com o restante do sistema.

Assim, é possível impedir, por exemplo, que a bateria ultrapasse a temperatura de 60ºC (fazendo com que o próprio equipamento interrompa a operação caso haja risco de superaquecimento).

Sim. Todas as baterias de lítio - incluindo as utilizadas em notebooks, ferramentas, celulares, sistemas estacionários e veículos elétricos - evoluíram muito em termos de segurança nos últimos anos/décadas.

A bateria de lítio geralmente utilizada em sistemas de energia solar (a bateria íon de lítio ferro fosfato - LFP) se destaca por sua segurança superior aos demais tipos de íons de lítio, já que o ferro e o fosfato são metais que reduzem muito o risco de acidentes com o lítio e aumentam a tolerância térmica das células. Como segurança adicional, as baterias de lítio LFP também possuem invólucros protetores robustos para afastar ainda mais chances de acidentes.

• É verdade que a Bateria de Lítio expande e pode explodir ou pegar fogo?

Há sim casos de explosões com baterias de lítio, além de recall de algumas baterias por empresas que não consideraram seus equipamentos seguros o suficiente. Isso ocorre geralmente quando há falhas de proteção nas baterias e ocorre contato do lítio com oxigênio, o que pode fazer com que o metal expanda ou em alguns casos em que as células possam atingir o ponto de fulgor e iniciar um incêndio.

Esses incidentes, porém, ocorrem geralmente com baterias de lítio compostas por cobalto e manganês, em aplicações em produtos eletrônicos ou transportes. No caso dos sistemas de energia solar, a utilização do lítio ferro fosfato (LFP) reduz muito esses riscos, por se tratar de uma composição química mais segura. Além disso, essas baterias contam com o sistema de gerenciamento BMS, que faz com que a bateria pare de funcionar automaticamente em casos com risco de superaquecimento.

• A Bateria de Lítio é radioativa?

Não existe nenhum risco de uma bateria de lítio emitir radiação ou gases radioativos. Esse tipo de confusão ocorre porque algumas baterias de lítio podem emitir gases tóxicos – porém, novamente, esse tipo de incidente é extremamente raro em aplicações de baterias de íon de lítio ferro fosfato (LFP) em sistemas de energia solar, já que os equipamentos são fabricados com uma das composições mais seguras do lítio e são protegidos por invólucros robustos, que evitam contato e manuseio direto do lítio.

• Bateria de Lítio estraga se tiver contato com a água?

Assim como o oxigênio, a água é outro elemento que, combinado com o lítio, pode gerar um processo de combustão espontânea capaz de causar acidentes ou danificar o equipamento. Porém, isso não deve ser um problema no caso das baterias de íon ferro fosfato (LFP) utilizados em sistemas de energia solar, que são protegidas por invólucros que podem ter contato com a água sem problema e protegem bem a bateria.

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O BMS (sigla do inglês Battery Management System, que significa Sistema de Gerenciamento da Bateria) é um sistema de gerenciamento eletrônico com a função de monitorar a condição da bateria e suas células, mantendo o seu funcionamento sempre dentro de parâmetros seguros e eficientes para a bateria, prorrogando assim sua vida útil.

Esse sistema não existe nas baterias de chumbo-ácido (que podem ser monitoradas pelo controlador de carga, em muitos casos), mas é obrigatório em baterias de lítio. De forma geral, o BMS monitora parâmetros como tensão, correntes e temperatura das células e da bateria como um todo, controlando a corrente de entrada e saída entre ela e o resto do sistema.

Assim, é possível impedir, por exemplo, que a bateria ultrapasse a temperatura de 60º C (fazendo com que o próprio equipamento interrompa a operação caso haja risco de superaquecimento). Este monitoramento e controle pode ser feito para células individuais, conjuntos de células, packs ou para a bateria como um todo.

Basicamente, o BMS cumpre quatro funções principais:

• O BMS protege a bateria contra sobrecarga (tensão da célula muito alta) ou sobre descarga (tensão da célula muito baixa), estendendo assim sua vida útil.
• Ele faz isso monitorando constantemente cada célula da bateria e calculando exatamente quanta corrente pode entrar (fonte, carga) e sair (carga, descarregar) da bateria de lítio sem danificá-la. Esses limites de corrente calculados são então enviados para a fonte (normalmente um carregador de bateria) e carga (controlador do motor, inversor de energia etc.), que são responsáveis ​​por respeitar esses limites.
• A função BMS calcula o estado de carga (a quantidade de energia restante na bateria) rastreando a quantidade de energia que entra e sai do dispositivo e monitorando as tensões das células. Esse valor pode ser considerado um medidor de combustível que indica quanta energia resta na bateria de lítio.
• Ele também monitora o funcionamento correto e a segurança da bateria de lítio verificando constantemente se há curtos, conexões soltas, quebras no isolamento dos fios e células da bateria fracas ou com defeito que precisam ser substituídas.

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Ao contrário de algumas baterias para energia solar que exigem manutenção rotineira – especialmente as chamadas baterias de chumbo-ácido “inundadas”, que requerem reposição do eletrólito, as baterias de íon de lítio, de forma geral, não exigem manutenção e devem funcionar sem problemas ao longo de toda sua vida útil, conforme informado pelo fabricante.

Antes de pensar no descarte de uma bateria de lítio, é importante considerar opções de segunda vida para esses dispositivos. Quando chegam a aproximadamente 80% da vida útil e podem perder um pouco de rendimento, as baterias de íon de lítio podem ser retiradas de sistemas de energia solar e aproveitadas para sistemas backup ou nobreak, onde são capazes de durar ainda mais cerca de 5 a 10 anos (já que essas aplicações não exigirão o máximo de sua capacidade). Por isso, é comum dizer que as baterias de lítio “têm duas ou até três vidas”.

Importante: essa segunda vida da bateria é opcional e representa uma chance de fazer o equipamento durar mais, com outra função. Porém, as baterias de lítio também podem ser utilizadas até o fim de sua vida útil em seus sistemas fotovoltaicos originais – o que pode ocorrer é uma perda de rendimento nos últimos anos (conforme fabricantes especificam em seus manuais técnicos).

Depois que a bateria de lítio encerra sua vida útil, é necessário transformar o lítio em um sal que não agride o meio ambiente para fazer seu descarte, já que um equipamento de lítio em seu estado bruto é um produto não-reutilizável e não pode ser retornado para a natureza.

Para que esse processo complexo seja garantido, uma lei brasileira exige que todos os fabricantes de bateria de lítio no país ofereçam o serviço de descarte para seus consumidores, oferecendo informações adequadas e pontos de descarte específicos para estes materiais.

Embora a regulação de cada país seja diferente, há práticas globais para garantir o descarte correto do lítio e todas as baterias fabricadas devem vir identificadas para que seja possível o seu reconhecimento em qualquer momento da vida útil do produto e mesmo após o seu fim.

Ou seja, ao final da vida útil da bateria de lítio você deve procurar o fabricante para ser informado em como proceder no descarte – e é esperado que a empresa tenha parceria com uma recicladora para dar fim à bateria já inutilizada.

Um sistema de energia solar pode utilizar apenas uma bateria ou várias baterias associadas em série e/ou paralelo (banco de baterias), a depender de sua necessidade.

Dois tipos de sistemas podem utilizar baterias solares: Off Grid (isolados, sem conexão à rede elétrica) e Híbridos On+Off Grid (conectados à rede elétrica e com baterias).

No Off Grid, a eletricidade gerada pelos painéis solares é armazenada pelas baterias e utilizada pelo sistema em momentos sem geração de energia solar (durante a noite ou em dias nublados). Assim, o abastecimento é garantido em todos os horários do dia.

Já nos sistemas Híbridos On+Off Grid, a bateria solar é importante como “backup”. Com um banco de baterias solares, é possível ter energia elétrica mesmo quando há queda de luz, aumentando a autonomia do sistema. Além disso, a bateria pode funcionar como uma fonte adicional de energia para complementar ou aliviar o consumo de energia da rede. Assim, pode-se otimizar o consumo de energia em horários de pico de demanda ou em momentos onde a tarifa é muito elevada.

Veja algumas aplicações possíveis com esses tipos de sistemas que incluem baterias solares:

• Sistemas de Monitoramento remoto ou Telemetria; 

• Eletrificação de cercas – eletrificação rural; 

• Soluções solares para iluminação pública, como postes e faróis de trânsito;
• Eletrificação rural ou iluminação rural em áreas isoladas;

• Alimentação de sistemas de câmeras com energia solar; 

• Veículos recreativos, motorhomes, trailers e vans; 

• Energia para canteiros de obras; 

• Fornecimento de energia para sistemas de telecomunicações (telecom); 

• Alimentação de dispositivos autônomos de forma geral; 

• Energia solar residencial (em casas – energia solar caseira -, apartamentos e condomínios);

• Energia solar para funcionamento de eletrodomésticos e equipamentos como ar-condicionado e geladeiras; 

• Nobreak solar (fornece energia ao sistema quando há queda de luz mantendo os equipamentos funcionando e protegendo os equipamentos); 

• Gerador de energia para backup (fornece energia ao sistema quando há queda de luz ou em momentos específicos); 

• “Peak-Shaving” – redução do consumo de energia em momentos de pico de demanda;

• Controle de Consumo em horários específicos, para reduzir consumo em horários de tarifa elevada, por exemplo. 

Entre diversas outras aplicações.