Sistemas de baterias

A operação de acumuladores elétricos tem as suas particularidades, pois envolvem sistemas eletroquímicos complexos que necessitam de dispositivos de controle sofisticados.

As baterias eletroquímicas representam a tecnologia de obtenção de energia elétrica mais antiga e ainda hoje a mais utilizada para o seu armazenamento. É o dispositivo que converte energia química em energia elétrica, sob a forma de corrente contínua, quando no processo de descarga e vice-versa no processo de carga.

O rendimento do processo é afetado pelas perdas, pois durante o seu uso as baterias perdem energia sob a forma de calor e sofrem de um processo de autodescarga, devido às reações químicas internas.

Os principais tipos de baterias utilizados atualmente são as baterias chumbo ácido, as baterias de níquel e cádmio, as baterias de hidretos metálicos de níquel, as baterias de íons de lítio e as baterias de íons de lítio com eletrólito de polímero. O elevado custo de aquisição, operação e manutenção têm restringido seu uso a aplicações específicas, como os sistemas de emergência e aparelhos portáteis.

Tabela 6.1 – Características básicas de acumuladores eletroquímicos. Tipo de bateria Níquel e cádmio Hidretos metálicos de níquel

Íons de lítio íons de lítio com eletrólito de polímero Chumbo ácido. Tensão por célula [V] 1,2 1,2 2,5 3,6 2,0 Ciclo de vida (80% da capacidade inicial) 500 a 1000 500 a 1000 500 a 1000 300 a 500 200 a 300 Comparação de custo pacote 7,2V R$115,00 R$138,00 R$230,00 R$230,00 R$80,00 Densidade de energia [Wh/kg] 45 a 80 60 a 120 110 a 160 100 a 130 30 a 50 Fonte: TRINDADE, 2006.

As baterias de íons de lítio apresentam maior potencial de aplicação, porém o seu custo elevado restringe sua aplicação aos dispositivos portáteis.

Os veículos elétricos podem representar uma alternativa para viabilizar o uso de baterias nas instalações elétricas residenciais, pois o benefício resultante de sua aplicação para deslocamento da demanda seria associado ao transporte. Além disso, os recursos técnicos necessários à manutenção dessas baterias são aqueles disponíveis para o veículo.

Esse recurso já pode ser considerado como normal, pois o veículo movido a motor a combustão com vasta distribuição pelo mundo já utilizam serviço técnico especializado para sua manutenção que é prestado pela rede de oficinas existentes. Ainda que não seja usual o motor desses veículos pode ser adaptado para produzir energia elétrica, por exemplo.

No caso do veículo elétrico o usuário poderia conectá-lo na rede doméstica quando estivesse em casa e este forneceria energia nos horários em que ela fosse mais cara, recuperando a carga no momento de baixa no preço desse insumo.

Em um futuro próximo essa perspectiva não estará ao alcance de uma parcela significativa da população, pois esses veículos não são comuns e as instalações elétricas

residenciais precisariam ser adequadas para esse fim. Como exemplo ilustrativo, os edifícios de apartamentos existentes precisariam adaptar extensões elétricas especiais nas garagens para os veículos. Isso implicaria em haver vagas específicas para os moradores, o que não ocorre em muitos edifícios. De qualquer modo as implicações das mudanças envolvidas no processo estão além dos limites físicos das instalações e não podem ser enumeradas neste trabalho devido à sua complexidade.

Atualmente a tecnologia mais difundida para armazenamento de energia é a da bateria chumbo-ácida. Por ser uma tecnologia clássica e consolidada é a de mais fácil aquisição, porém os custos associados à sua operação somente são justificados nas instalações elétricas como fontes auxiliares nas situações de emergência ou em comunidades isoladas.

Essa solução é particularmente atraente, pois pode receber a energia gerada por painéis solares que são compatíveis com o nível de tensão das baterias mais comuns.

Os acumuladores elétricos que operam através de reações eletroquímicas operam com corrente contínua o que impossibilita seu uso direto nas instalações elétricas que operam com corrente alternada. Esse fato implica na utilização de dispositivos conversores necessários a condicionar a energia de forma a compatibilizar a bateria com a rede elétrica.

Basicamente esses conversores são baseados em retificadores e inversores e dessa forma no ponto de conexão da bateria haverá obrigatoriamente um ponto onde a tensão é contínua.

Além disso, conforme indicada no capítulo 4, a correção do fator de potência para as cargas não lineares pode utilizar filtros ativos. Esses filtros possuem em sua composição partes que operam com tensão contínua, havendo elementos nos circuitos similares aos conversores CC-CC (corrente contínua para corrente contínua).

Além disso, a operação com corrente contínua é menos exigente com a qualidade do sinal entregue na saída, diferente de um inversor que entrega um sinal senoidal que não deve ser distorcido e precisa ser sincronizado com a rede, no caso da operação em paralelo.

Uma parcela considerável dos equipamentos elétricos de uma instalação é compatível com a corrente contínua. Exemplo disso são as lâmpadas compactas, os computadores e os televisores, pois todos eles possuem fator de potência baixo e muitos deles podem operar com tensão contínua com valor próximo do nominal definido para corrente alternada.

Esses equipamentos poderiam então ser ligados em um circuito comum, alimentado por um conversor CA/CC com alto fator de potência, similar ao filtro ativo utilizado para a correção, o que eliminaria um problema para o grupo de equipamentos.

Esses fatos associados podem reavivar o interessante para a aplicação da corrente contínua como forma de transmitir a energia elétrica dentro de uma edificação.