Uma bateria residencial é normalmente promovida com um grande número: 10 kWh, 13.5 kWh, 16 kWh. Esse número é importante, mas não indica se o sistema funcionará bem durante uma falha de energia. Um projeto de backup útil tem de responder a duas perguntas diferentes. A bateria e o inversor conseguem fornecer a potência máxima de que a casa pode precisar num dado momento? E existe energia armazenada suficiente para manter as cargas escolhidas a funcionar durante o número de horas relevante? Em termos simples, kW indica se o sistema consegue suportar a carga, enquanto kWh indica durante quanto tempo o consegue fazer.
O ponto mais fácil para começar não é o catálogo de baterias. É o objetivo de backup. Decida o que deve permanecer ligado quando a rede falha e durante quanto tempo quer manter essas cargas disponíveis. Uma habitação que pretende apenas refrigeração, iluminação, internet e algumas tomadas tem uma necessidade muito diferente de uma que espera manter ar condicionado, equipamentos de cozinha ou a maior parte da casa a funcionar normalmente. A orientação Battery Storage for Resilience do NREL identifica a carga crítica e a duração esperada da falha como considerações centrais ao selecionar e dimensionar tecnologias de backup. (NREL)
Potência e energia respondem a perguntas diferentes
Suponha que um grupo de cargas essenciais tem uma média de 0.8 kW durante uma falha noturna de dez horas. Ao longo dessas dez horas, as cargas precisam de cerca de 8 kWh de energia. Mas imagine que o compressor do frigorífico, a iluminação e outro aparelho se sobrepõem por breves momentos e elevam a procura para 2.6 kW. O sistema de bateria tem ainda de conseguir fornecer esse momento de 2.6 kW, mesmo que a procura média seja muito inferior.
É por isso que o consumo médio da habitação não é suficiente para dimensionamento. O consumo elétrico mensal pode ajudar a descrever quanta energia uma casa consome no total, mas não mostra que cargas estarão a funcionar em conjunto durante uma falha. Uma estimativa de backup útil concentra-se nos circuitos que permanecerão alimentados e pergunta quanta potência podem precisar em simultâneo e quanta energia usam durante o período pretendido.
Cargas diferentes podem empurrar estes dois requisitos em direções diferentes. Um aparelho de elevada potência usado apenas durante alguns minutos pode ter grande efeito nos kW necessários, mas acrescentar relativamente pouco aos kWh totais. Uma carga menor que funciona durante muitas horas pode quase não alterar o pico, mas consumir uma parte relevante da energia armazenada. Remover uma carga não essencial de elevada potência pode, por isso, tornar um sistema de backup muito mais fácil de projetar, mesmo que o consumo diário total mude pouco.
O DOE faz a mesma distinção básica ao descrever armazenamento por bateria: a capacidade de potência é a quantidade de potência que um sistema pode fornecer num dado momento, enquanto a capacidade energética é a quantidade de energia que pode armazenar. (DOE) Uma bateria com muitos kWh mas potência de saída insuficiente pode continuar a ter dificuldade com uma carga simultânea pesada, enquanto um sistema de alta potência com pouca energia pode suportar a carga facilmente, mas esgotar-se mais cedo do que esperado.
O requisito da carga não é igual ao valor no rótulo da bateria
Se as cargas selecionadas precisarem de 8 kWh durante a falha planeada, isso não significa automaticamente que uma bateria de 8 kWh seja suficiente. As especificações da bateria podem distinguir entre energia nominal e energia utilizável. (NREL) Também há perdas quando a energia DC armazenada é convertida em potência AC para cargas domésticas; o armazenamento não é 100% eficiente porque se perde energia durante a conversão e recuperação. (DOE) A quantidade disponível no início de uma falha depende também do estado de carga da bateria.
Um exemplo simples mostra porque o rótulo importa. Se 90% da energia nominal de uma bateria estiver disponível para backup e o caminho de descarga relevante tiver 92% de eficiência, fornecer 8 kWh às cargas exigiria cerca de 9.7 kWh de energia nominal armazenada: 8 ÷ (0.90 × 0.92). Essas percentagens são apenas uma ilustração, não uma regra universal. Um produto real pode já publicar um valor de energia utilizável, e a sua definição de eficiência pode usar uma fronteira de medição diferente. O ponto importante é evitar contar a mesma perda duas vezes ou comparar diretamente um requisito do lado da carga com um número da bateria que representa outra coisa.
O estado de carga inicial importa pela mesma razão. Uma bateria quase cheia quando a falha começa tem mais energia de backup disponível do que a mesma bateria a começar em 50%. A análise de resiliência do NREL mostrou que o nível de carga da bateria no início de uma falha pode afetar materialmente durante quanto tempo um sistema continua a alimentar as cargas protegidas. (NREL) Se a resiliência for um objetivo importante, a estratégia operacional tem de deixar energia suficiente disponível para o cenário de falha que realmente importa ao proprietário.
Num sistema com capacidade de backup concebido para manter o FV a funcionar durante uma falha, a energia solar pode prolongar o backup, mas não é energia diária garantida. O solar residencial precisa de um inversor e sistema de armazenamento corretamente configurados para produzir energia independentemente da rede. (DOE) A produção solar também muda com a hora do dia, o clima e a estação. Durante uma falha diurna com sol, o FV pode alimentar parte da carga doméstica e recarregar a bateria. Durante a noite ou num período nublado, pode contribuir muito pouco. A produção solar varia com estas condições, enquanto o armazenamento pode deslocar energia solar para períodos em que a geração é baixa ou indisponível. (DOE)
Um tamanho útil de bateria residencial é, portanto, o resultado de um objetivo de backup específico. Decida que cargas importam, estime a maior potência que podem precisar em conjunto e estime a energia que usarão durante a duração de backup desejada. Depois, considere a energia utilizável da bateria, o estado de carga inicial, as perdas de conversão e qualquer contribuição solar realista. Por fim, deixe uma margem razoável para incerteza na carga real e na duração da falha, em vez de dimensionar exatamente pela estimativa.
A resposta final deve parecer um par de requisitos, não uma única capacidade em destaque: kW suficientes para suportar o pico das cargas críticas e kWh utilizáveis suficientes para manter essas cargas a funcionar durante o período pretendido. Quando esses dois números estão claros, comparar baterias residenciais torna-se muito mais fácil e muito mais significativo do que simplesmente escolher o produto com o maior valor em kWh.
