Quando duas casas instalam a mesma bateria de 10 kWh, é tentador esperar o mesmo resultado. Ainda assim, o primeiro sistema pode começar a descarregar assim que a produção solar fica abaixo da procura da casa, enquanto o segundo guarda alguma energia para um período de preço mais elevado mais tarde no dia. Se for concebido e configurado para backup, também pode preservar uma reserva para uma falha.
Ao início da noite, uma bateria pode estar perto do seu nível de reserva enquanto a outra ainda tem energia disponível. Nada na sua capacidade física é diferente. Simplesmente seguiram instruções diferentes.
Capacidade não é um horário
Capacidade, medida em quilowatt-hora, descreve quanta energia uma bateria consegue armazenar. Potência, medida em quilowatts, descreve quão depressa consegue entregar essa energia. O U.S. Department of Energy trata estes elementos como especificações separadas porque respondem a perguntas diferentes. Uma bateria pode armazenar energia suficiente para alimentar vários aparelhos ao longo do tempo, mas ainda assim não conseguir suportá-los todos ao mesmo tempo se a procura combinada exceder a sua potência nominal.
Também importa qual o valor de capacidade que está a ser citado. Capacidade nominal, capacidade utilizável e energia entregue após conversão não descrevem exatamente a mesma fronteira. A orientação sobre baterias do Governo Australiano observa que a capacidade utilizável é inferior à capacidade total e que alguma energia se perde durante carga e descarga. Os valores das baterias precisam de ser colocados na mesma base antes de serem comparados.
Depois de esses valores estarem claros, a pergunta restante é operacional: o que deve o sistema fazer com a energia que tem?
Porque é que o timing muda o resultado
Uma das funções básicas de uma bateria doméstica é disponibilizar eletricidade noutro momento. Um sistema solar pode produzir mais energia do que a casa necessita por volta do meio-dia e depois produzir pouco ou nada depois do pôr do sol. A bateria transporta parte desse excedente diurno para o fim do dia.
Um modo básico de autoconsumo segue normalmente o que está a acontecer no momento. Quando a produção solar excede a procura da casa, a bateria carrega. Quando a procura sobe acima da produção solar, descarrega. Isto pode reduzir importações da rede, mas também pode usar energia armazenada antes de começar um período tarifário mais caro.
Uma estratégia baseada no tempo pode guardar a bateria para essas horas posteriores. Isso não torna cada quilowatt-hora mais valioso em todos os mercados; o resultado depende da tarifa e do padrão de carga da casa. Muda o horário para que a energia armazenada esteja disponível para outro objetivo.
O backup cria outro compromisso. Num sistema com capacidade de backup configurado para operar durante uma falha, uma reserva mais elevada deixa mais energia disponível se a rede falhar. A mesma reserva deixa menos capacidade para autoconsumo diário ou gestão tarifária. A orientação do Governo Australiano torna esta fronteira explícita: nem todos os sistemas de bateria conseguem fornecer backup, e os que conseguem têm de ser configurados para isso.
Estas escolhas são frequentemente descritas como despacho da bateria. Não estão separadas da capacidade, porque cada decisão retira energia do mesmo armazenamento limitado. Energia usada à tarde não pode continuar à espera na bateria ao fim do dia.
O que significa controlo “inteligente” na prática
“Controlo inteligente” não significa necessariamente inteligência artificial. Um controlador pode aplicar um conjunto de regras a informação como produção solar, procura da casa, estado de carga da bateria, definições de reserva e preços de eletricidade, e depois decidir se deve carregar, descarregar ou esperar.
Alguns controladores também usam previsões. Se for esperada forte produção solar no dia seguinte, um sistema pode permitir que mais energia seja usada durante a noite porque uma nova recarga é provável. Com uma má previsão, essa decisão pode deixar a bateria mais vazia do que o pretendido.
Investigação de Mirletz e Guittet testou um método de despacho sensível ao preço usando previsões solares e de carga, dados de degradação da bateria e tarifas da utility. Diferentes tarifas, dimensões de sistema, perfis de geração e carga exigiram diferentes estratégias de despacho. Um horário desenhado para uma tarifa ou casa não pode simplesmente ser assumido como adequado a outra.
Num sistema doméstico de energia mais integrado, um sistema de gestão de energia, ou EMS, pode coordenar decisões entre geração solar, cargas domésticas, bateria, inversor e ligação à rede. Um estudo residencial de Merrington, Khezri e Mahmoudi oferece um exemplo: o seu sistema de gestão de energia doméstica usou preços de eletricidade, restrições da rede, carga da casa e dados meteorológicos para orientar a operação. Sistemas reais usam diferentes combinações de informação, mas o objetivo é semelhante: transformar várias entradas num plano operacional.
O EMS não assume as funções de proteção da bateria. O BMS monitoriza as condições da bateria e fornece ou impõe limites operacionais ao nível da bateria, enquanto o inversor ou PCS realiza a conversão elétrica necessária para carga e descarga. Um pedido do EMS só pode ser executado quando a bateria e o equipamento de conversão de potência conseguem suportá-lo.
Ao nível do hardware, a unidade de gestão de bateria de alta tensão da NXP fornece monitorização de interlocks e controlo de contactores, juntamente com interfaces de comunicação com um EMS. É uma ilustração útil de porque a coordenação ao nível do local não substitui a proteção da bateria: a camada da bateria continua a precisar de restringir ou interromper a operação quando as condições o exigem. Está disponível uma explicação mais detalhada em O que faz realmente um BMS?.
Onde o controlo inteligente deixa de ajudar
Se uma bateria é demasiado pequena para a tarefa pretendida, mudar o seu horário não elimina a falta de energia. O mesmo se aplica à potência: software de controlo não consegue fazer o equipamento entregar mais do que a sua saída nominal.
Controlo mais complicado não é automaticamente melhor. Uma revisão sistemática de Azuatalam e colegas concluiu que aumentar a sofisticação de uma estratégia de gestão de energia não melhorou necessariamente o desempenho PV-bateria nem a viabilidade económica. Pressupostos de modelação, dados de entrada incertos e o tratamento da degradação da bateria podiam alterar o resultado.
Limitações semelhantes aparecem na operação diária. Um horário tarifário desatualizado pode deslocar o carregamento para as horas erradas. Uma reserva definida demasiado alta pode deixar capacidade útil intocada todos os dias, enquanto uma reserva demasiado baixa pode não refletir as prioridades de backup do proprietário. Previsões e rotinas da casa também podem mudar, por isso definições que antes faziam sentido podem precisar de revisão.
Quando chega o fim do dia, a bateria útil é aquela que ainda tem energia suficiente para a tarefa escolhida pela casa. Chegar a esse ponto depende de hardware adequado, definições sensatas e uma estratégia operacional que reflita como a casa realmente usa eletricidade.
