Uma perspectiva atual sobre a aplicação de baterias e geração fotovoltaica distribuída

As aplicações de sistemas de armazenamento (baterias) no setor energético podem trazer muitas vantagens para quem os possui, seja em uma usina de grande porte ou dentro de uma residência na geração distribuída (GD). Considerar o uso de energia solar fotovoltaica em uma edificação era um sonho distante para muitos há três décadas, devido ao seu alto custo e desenvolvimento da tecnologia.

Em 1997, o Laboratório de Energia Solar Fotovoltaica (www.fotovoltaica.ufsc.br) da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) instalou o primeiro gerador solar fotovoltaico do Brasil como um brise na fachada norte do prédio do laboratório no campus central, em Florianópolis.

Este projeto deu um grande passo para a geração distribuída e para o estudo de sistemas fotovoltaicos no Brasil. Passados 25 anos, não é à toa que a cidade de Florianópolis lidera de longe o ranking das cidades brasileiras com a maior capacidade instalada de geradores fotovoltaicos: já são mais de 300 MWp instalados, uma grande usina fotovoltaica pulverizada por sobre os telhados da Ilha de Santa Catarina.

A década passada foi marcada pela instauração das REN 482/2012 e REN 687/2015, regulamentações que viabilizaram a expansão da geração distribuída (GD) e o Sistema de Compensação de Energia Elétrica (SCEE).

Devido a elas, atualmente uma unidade consumidora é autorizada a instalar geradores a partir de fontes renováveis, podendo gerar sua própria energia e fornecer o excedente de geração para a rede de distribuição local, podendo fazer inclusive autoconsumo remoto.

Em decorrência disto, em outubro de 2022, o Brasil ultrapassou o marco de 21 GWp de potência instalada de energia solar fotovoltaica, sendo mais de 14 GWp somente de geração distribuída, uma Itaipu inteira em 10 anos (Itaipu levou 10 anos para ser construída e depois disso, mais de 10 anos para entrar em operação plena)! Estes marcos vão em breve levar a energia solar ao segundo lugar no ranking de maiores fontes de energia do país, atrás apenas da hídrica.

Agora chega a vez das baterias. O crescimento exponencial da utilização das energias renováveis impulsiona pesquisas e interesse popular em sistemas capazes de armazenar a energia gerada pelo sistema fotovoltaico. O objetivo destes sistemas é guardar a energia visando utilizá-la em um momento oportuno, reduzindo o consumo e/ou fornecimento de energia elétrica para a distribuidora.

Atualmente, as formas mais populares são os sistemas de armazenamento eletroquímicos (baterias) e químicos (por meio do hidrogênio verde). O Laboratório Fotovoltaica-UFSC realiza diversas pesquisas no âmbito de sistemas de armazenamento utilizando baterias, sejam de primeira vida (baterias novas) ou de segunda vida (baterias descartadas de veículos elétricos).

No âmbito de um projeto de Pesquisa e Desenvolvimento do Programa ANEEL de P&D, intitulado “Um investimento = múltiplas funções: desenvolvimento e avaliação técnica, regulatória e econômica de sistemas de armazenamento de energia aplicados a sistemas de geração centralizada e distribuída”, o Laboratório e as empresas ENGIE Brasil Energia e Guascor do Brasil desenvolveram diversos temas acerca dos possíveis papéis que um sistema de armazenamento de energia pode desempenhar em diferentes contextos, sendo um deles com foco em sistemas vinculados à GD.

Gerenciamento energético e financeiro de um sistema de armazenamento de baterias

Atualmente, as baterias estacionárias entram no mercado de GD com a principal função de acumular energia para um uso oportuno, além de reduzir a troca energética entre uma residência e a distribuidora de energia.

Essa possibilidade estimula os desejos tímidos dos consumidores, como diminuição do consumo da distribuidora, até os desejos mais ousados, como a deserção da rede, devido às despesas de energia elétrica cada ano mais elevadas no país. A figura abaixo mostra como um sistema de armazenamento utilizando baterias de íons de lítio pode ser conectado à rede interna de uma residência:

Em adição a isto, a tarifa branca, implementada pela ANEEL em 2020, é uma grande aliada para a mudança da mentalidade dos investidores em sistemas fotovoltaicos e de armazenamento.

Considerando os três patamares de valores que a tarifa branca pode alcançar, o sistema de compensação de energia ficou ameaçado diante da diferença tarifária entre o período dos postos tarifários (valor da tarifa de energia) de ponta e fora de ponta. A produção de energia elétrica por meio de sistemas fotovoltaicos acontece em período de posto tarifário fora de ponta.

Dependendo do perfil de consumo da residência, como, por exemplo, considerando a utilização da edificação após as 18 horas, contribuindo para um consumo energético expressivo no período de posto tarifário de ponta, a utilização de baterias se faz vantajosa, já que grande parte da energia produzida durante o dia pode ser utilizada durante a noite.

Neste caso, como o preço por kWh no posto tarifário de ponta é elevado, o valor da energia solar armazenada numa bateria tem um valor muito maior do que durante o dia. Em outro exemplo, considerando as atuais formas de faturamento de energia, o cenário mais vantajoso para um proprietário de uma residência com um perfil de consumo diurno, e que possui um sistema fotovoltaico com baterias e tarifa branca é um bom exemplo de como as baterias irão se popularizar no Brasil.

Quanto maior a diferença entre os postos tarifários, mais viável é armazenar a energia em um período de posto tarifário fora de ponta (período diurno) para consumir no período de posto tarifário de ponta (período noturno).

O gráfico abaixo ilustra um exemplo de um consumidor que possui um consumo médio mensal de 1200 kWh/mês, com um sistema solar fotovoltaico de 6 kWp instalado no telhado e um sistema de armazenamento (BESS, do inglês Battery Energy Storage System) de 5 kWh com baterias de íons de lítio. O uso da bateria e a adoção da tarifa branca reduziram à metade a conta de mensal de energia.

Este novo ambiente de tarifação, aliado à intermitência da geração solar fotovoltaica, trouxe para a realidade o gerenciamento inteligente de cargas elétricas, e o armazenamento da energia é essencial para este modelo de gestão.

O conceito de gerenciamento pelo lado da demanda (GLD) forneceu ao usuário a capacidade de adaptar seu consumo de energia para trazer benefícios ao sistema de distribuição da concessionária, como redução do pico de consumo em horários determinados, conservação estratégica por meio da redução de consumo por eletrodomésticos, crescimento estratégico, um controle mais flexível da carga e o chamado load shifting, o controle flexível da demanda por meio de inserção de componentes extras ao sistema convencional. Tal gerenciamento pode ser realizado tanto pelo lado da concessionária (forma direta) ou pelo lado do consumidor (forma indireta).

Apesar das grandes vantagens do ponto de vista energético, a aplicação destes sistemas permanece cara, mas com grande expectativa de crescimento no número de instalações e contínuo decaimento de custos, como mostram os dados do Bloomberg New Energy Finance - BNEF. Este mesmo efeito foi visto nos últimos 15 anos com a energia solar fotovoltaica, com os preços diminuindo 10 vezes em 10 anos. Atualmente, a energia solar fotovoltaica é a energia com menor custo de implementação e operação.

Para que baterias de Li em sistemas residênciais sejam economicamente viáveis, essa redução precisa ser mais acentuada e o mercado mais competitivo e isso se atinge com volumes, produção em massa, adoção em larga escala.

Para tal, os valores de implementação e operação de baterias precisam ser menores que 2.000 R$/kWh, segundo estudos do Laboratório Fotovoltaica/UFSC que resultaram do projeto de P&D da ANEEL. A complementaridade entre sistemas fotovoltaicos e baterias é uma grande aposta para o futuro e está evoluindo a largos passos, com foco no melhor aproveitamento do recurso solar. 

Veja também: recursos energéticos

Sobre o autor: Ricardo Ruther é professor titular da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), doutorado em Electrical and Electronic Engineering - The University of Western Australia (UWA-1995) e pós-doutorado em Sistemas Solares Fotovoltaicos realizado no Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems na Alemanha (Fraunhofer ISE-1996) e na The University of Western Australia (UWA-2011). Atualmente é coordenador do Laboratório FOTOVOLTAICA/UFSC (Grupo de Pesquisa Estratégica em Energia Solar da Universidade Federal de Santa Catarina, cadastrado no Diretório de Grupos de Pesquisa do CNPq).