Fonte: cleanenergyreview
O que é acoplamento AC ou DC
O acoplamento AC ou DC refere-se à forma como os painéis solares são acoplados ou ligados a um armazenamento de energia ou sistema de baterias.
O tipo de conexão elétrica entre uma matriz solar e uma bateria pode ser corrente alternada (AC) ou Corrente Direta (DC). AC é quando a corrente flui rapidamente para frente e para trás (é isso que a rede elétrica usa para operar) e DC é onde a corrente flui em uma direção. A maioria dos circuitos eletrônicos usa DC, enquanto painéis solares produzem DC, e as baterias armazenam energia DC. No entanto, a maioria dos aparelhos elétricos operam em AC. É por isso que todas as casas e empresas têm circuitos CA. O DC pode ser convertido para AC usando um inversor, mas, como explicado abaixo, alguma energia é sempre perdida na conversão.
A evolução da bateria Solar
Os sistemas simples de baterias solares acopladas da DC já foram usados apenas para sistemas de energia remota e casas fora da rede, mas na última década a tecnologia de inversor avançou rapidamente e levou ao desenvolvimento de novas configurações de armazenamento de energia acopladas ca. No entanto, os sistemas acoplados dc estão longe de estar mortos, na verdade carregar um sistema de bateria usando um controlador de carga solar ou inversor solar híbrido ainda é o método mais eficiente disponível.
Nos últimos anos, a tecnologia de baterias melhorou significativamente com muitos novos tipos de baterias de lítio emergindo à medida que os fabricantes exploram diferentes maneiras de adicionar ou acoplar baterias a sistemas solares novos ou existentes. O Tesla Powerwall original foi o primeiro sistema de bateria DC de "alta tensão". Desde então, as baterias de maior tensão (200-500V) tornaram-se cada vez mais populares e são usadas com inversores híbridos especializados. Mais recentemente, as baterias AC foram desenvolvidas por muitos dos principais fabricantes solares, incluindo Tesla, Sonnen e Enphase.
Com as muitas variedades complexas de sistemas de armazenamento de baterias agora disponíveis, aqui explicamos as vantagens e desvantagens de cada tipo.
Os 4 principais tipos de sistema de baterias solares
Sistemas acoplados dc
Sistemas de acoplado CA
Sistemas de baterias CA
Sistemas de Inversor Híbrido
Nota: Apenas sistemas acoplados DC ou AC são geralmente usados para instalações solares fora da grade. Explicamos as razões pelas quais abaixo, bem como uma comparação de AC vs DC acoplado solar para sistemas de energia off-grid.
Importante: Este é apenas um guia! Para obter informações menos técnicas, consulte o guia básico para selecionar o sistema de baterias solares de ligação de grade doméstica ou fora da grade. Os sistemas de armazenamento solar e de baterias devem ser instalados por um profissional elétrico/solar licenciado. Sistemas de armazenamento solar/energia geram e armazenam enormes quantidades de energia que podem resultar em danos ou danos graves se a instalação não atender a todas as regulamentações relevantes, normas e diretrizes do setor.
1. DC Sistemas acoplado
Os sistemas acoplados de DC têm sido usados há décadas em instalações solares fora da rede e sistemas de energia automotiva/de barco de pequena capacidade. Os sistemas acoplados dc mais comuns usam controladores de carga solar (também conhecidos como reguladores solares) para carregar uma bateria diretamente da energia solar, além de um inversor de bateria para fornecer energia CA aos eletrodomésticos.
Diagrama básico de layout de um sistema de bateria solar acoplado (off-grid) dc
Para micro sistemas, como os usados em caravanas/barcos ou cabanas, os controladores solares do tipo PWM simples são uma maneira muito baixa de conectar 1 ou 2 painéis solares para carregar uma bateria de 12 volts. Os controladores PWM (modulação de largura de pulso) vêm em muitos tamanhos diferentes e custam apenas US$ 25 para uma versão 10A pequena.
Para sistemas maiores, os controladores de carga solar MPPT são até 30% mais eficientes e disponíveis em uma gama de tamanhos de até 100A. Ao contrário dos controladores PWM simples, os sistemas MPPT podem operar em tensões de string muito mais altas, normalmente até 150 Volts DC. No entanto, isso ainda é relativamente baixo em comparação com inversores de cadeia solar que operam 300-600V.
Controladores de carga solar MPPT de maior tensão
Controladores solares de maior tensão mais potentes estão disponíveis; até 250V da Victron Energy e 300V da AERL na Austrália. Há também unidades ainda maiores de 600V disponíveis na Schneider Electric e Morningstar. Estes são muito mais caros e não têm entradas de vários MPPT como muitos inversores de cadeia solar usados em sistemas acoplados ca. No entanto, o controlador de carga MPPT ainda é uma maneira relativamente barata e muito segura de garantir que as baterias sejam carregadas mesmo no caso de um desligamento do inversor CA - isso é especialmente importante em locais remotos.
Vantagens
Eficiência muito alta - até 99% de eficiência de carregamento de bateria (usando MPPT)
Grande configuração de baixo custo para sistemas off-grid de menor escala até 5kW
Ideal para pequenos sistemas auto ou marinho que requerem apenas 1 a 2 painéis solares.
Modular - Painéis e controladores adicionais podem ser facilmente adicionados, se necessário.
Muito eficiente para alimentar aparelhos e cargas DC.
Se um provedor de serviços de eletricidade restringir ou limitar a capacidade de energia solar de ligação de rede permitida (ou seja, 5kW no máximo), a energia solar adicional pode ser adicionada pelo acoplamento dc um sistema de bateria.
Desvantagens
Sistemas de configuração mais complexos acima de 5kW, pois muitas vezes várias strings são necessárias em paralelo, além de fusão de cordas.
Pode se tornar caro para sistemas acima de 5kW, pois vários controladores de carga solar de alta tensão são necessários.
Eficiência ligeiramente menor se alimentar grandes cargas CA durante o dia devido à conversão de DC(PV) para DC(batt) para AC.
Muitos controladores solares não são compatíveis com sistemas de baterias de lítio 'gerenciados', como o LG Chem RESU ou BYD B-Box.
2. Sistemas acoplados ac
Os sistemas acoplados ca usam um inversor solar de corda, juntamente com um inversor ou inversor/carregador multi-modo avançado para gerenciar a bateria e a rede/gerador. Embora relativamente simples de configurar e muito poderosos, eles são ligeiramente menos eficientes (90-94%) no carregamento de uma bateria em comparação com os sistemas acoplado dc (98%). No entanto, esses sistemas são muito eficientes em alimentar altas cargas CA durante o dia e alguns podem ser expandidos com múltiplos inversores solares para formar micro-redes.
Diagrama básico de layout de um sistema de bateria solar acoplado ca - Configuração grid-tie (híbrido)
A maioria das casas off-grid modernas usam sistemas acoplados ca devido ao avançado inversor/carregadores multi-modo, controles de gerador e recursos de gerenciamento de energia. Também como os inversores solares de corda operam com altas tensões DC (600V ou superior), matrizes solares maiores podem ser facilmente instaladas. O acoplamento AC também é adequado para sistemas comerciais de média a grande fase 3.
Vantagens
Maior eficiência quando usado para alimentar aparelhos CA durante o dia, como ar-condicionado, bombas de piscina e sistemas de água quente, (até 96%).
Geralmente menor custo de instalação para sistemas maiores acima de 5kW.
Pode usar inversores solares de várias cordas em vários locais (micro-grades acoplados a AC)
A maioria dos inversores solares de corda acima de 3kW tem entradas MPPT duplas, de modo que strings de painéis podem ser instalados em diferentes orientações e ângulos de inclinação.
Sistemas avançados acoplado ca podem usar uma combinação de acoplamento AC e DC (Nota: isso não é possível com algumas baterias de lítio)
Desvantagens
Menor eficiência ao carregar um sistema de bateria - aproximadamente 92%
Inversores solares de qualidade podem ser caros para sistemas pequenos.
Menor eficiência ao alimentar cargas dc diretas durante o dia.
3. Baterias AC
As baterias CA são uma nova evolução no armazenamento de baterias para casas conectadas à grade que permitem que as baterias sejam facilmente acopladas à sua nova instalação solar ou existente. As baterias CA consistem em células de bateria de lítio, um sistema de gerenciamento de baterias (BMS) e inversor/carregador em uma unidade compacta.
Esses sistemas combinam uma bateria DC com um Inversor de bateria CA, mas são projetados apenas para sistemas conectados à rede, pois os inversores (sem transformadores) normalmente não são poderosos o suficiente para executar a maioria das casas completamente fora da grade. A bateria CA mais conhecida é o Tesla Powerwall 2, juntamente com o SonnenBatterie que é mais comum na Europa e Austrália. A empresa líder de micro inverter Enphase Energy também possui um sistema de baterias CA muito compacto para uso doméstico. Esses sistemas são geralmente simples de instalar, modulares e uma das opções mais econômicas para armazenar energia solar para uso posterior.
Diagrama básico de layout de uma bateria CA juntamente com um sistema solar CA - Grid-tie (sem backup mostrado)
Inversores de bateria acoplado
Uma tendência mais recente é usar um inversor de acoplamento AC 'retrofit' para criar um sistema de bateria CA. Esses sistemas usam um inversor de bateria acoplado CA especializado, como o armazenamento de menino ensolarado SMA, juntamente com uma bateria DC comum, como o popular LG chem RESU.
Vantagens
Fácil retrofit - pode ser adicionado às casas com uma instalação solar existente
Maneira econômica de adicionar armazenamento de energia.
Geralmente simples de instalar.
Sistema modular para permitir a expansão.
Desvantagens
Menor eficiência devido à conversão (DC - AC - DC) - aproximadamente 90%
Algumas baterias CA não podem funcionar como um suprimento de backup (Enphase)
Não foi projetado para instalações fora da grade.
4. Sistemas de Inversor Híbrido
Sistemas híbridos podem ser descritos como sistemas de baterias solares conectados à rede DC. Eles vêm em muitas configurações diferentes e normalmente usam um inversor híbrido ou multi-modo. Os inversores híbridos modernos incorporam controlador/s MPPT de alta tensão e inversor/carregadores de bateria dentro de uma unidade comum. Os inversores híbridos de primeira geração eram compatíveis com sistemas de baterias de chumbo-ácido de 48V ou lítio, no entanto, nos últimos anos sistemas híbridos de maior tensão (400V+) tornaram-se cada vez mais populares.
Alta Tensão ou Baixa Tensão? As baterias de "alta tensão" da nova geração operam na faixa de 300-500V DC (400V nominal) em oposição aos sistemas tradicionais de baterias de 48V. Isso oferece várias vantagens, incluindo o aumento da eficiência, já que a matriz solar normalmente opera a 300-600V, o que é muito semelhante à tensão da bateria.
As baterias de alta tensão de nova geração (400V) e inversores híbridos compatíveis usam sistemas de baterias de lítio operando entre 200-500V DC, em vez de 48V. Baterias de tensão mais altas podem ser configuradas de duas maneiras diferentes:
DC acoplado entre a matriz solar e o inversor.
DC acoplado diretamente a um inversor híbrido compatível (como mostrado abaixo).
Como a maioria das matrizes solares operam em altas tensões em torno de 300-600V, as baterias de alta tensão usam conversores DC-DC eficientes com perdas muito baixas. A primeira geração do Tesla Powerwall foi a primeira bateria de 400V disponível e foi acoplada ao popular inversor híbrido SolarEdge Storedge.
A nova linha de baterias LG chem RESUH é agora um dos sistemas de bateria LV 400V mais populares disponíveis sendo compatível com muitos inversores híbridos, incluindo SolarEdge Storedge, armazenamento de menino ensolarado SMA e Solax X-híbrido Gen 3.
Diagrama básico de layout de um inversor solar híbrido com sistema de bateria DC
Vantagens
Econômico e simples de instalar
Opções compactas e modulares de bateria
Menor tamanho do cabo e baixas perdas usando alta tensão (sistemas de baterias de 400V)
Pode ser adaptado para 'algumas' instalações solares existentes.
Carregamento de bateria de alta eficiência - aproximadamente 95%
Cresce número de inversores híbridos se tornando disponíveis
Desvantagens
Alguns sistemas não podem funcionar como uma fonte de alimentação de backup
Muitos sistemas com backup têm um atraso de 3-5 segundos durante um apagão
Geralmente não é adequado para instalações fora da grade devido a inversores híbridos sem transformadores com baixa classificação de surto e sem controles de gerador.
