Um grupo de cientistas da Universidade de Aalborg, na Dinamarca, concebeu uma nova abordagem de dimensionamento para combinar a geração de energia fotovoltaica com o armazenamento híbrido de energia a partir de baterias de íons de lítio e supercapacitores, em um esforço para aprimorar as operações de armazenamento e reduzir os custos operacionais.
“Ao combinar baterias de íons de lítio com supercapacitores de forma inteligente, estamos aproveitando os pontos fortes de cada tecnologia”, afirmou a equipe de pesquisa. “Os supercapacitores lidam com as rápidas flutuações de energia que normalmente degradam as baterias, enquanto as baterias gerenciam as necessidades de armazenamento de energia a longo prazo.”
No artigo de pesquisa “Dual-level design for cost-effective sizing and power management of hybrid energy storage in photovoltaic systems”, publicado na Green Energy and Intelligent Transportation, os acadêmicos explicaram que sua estratégia de “dois níveis” adota um filtro passa-baixa adaptativo (LPF) para distribuir a energia entre a rede, a bateria e o supercapacitor, o que garante que cada componente opere dentro de seus parâmetros ideais.
Na configuração do sistema proposta, a bateria e o supercapacitor estão em paralelo em uma conexão ativa. O sistema fotovoltaico está conectado ao mesmo barramento CC por meio de um conversor CC-CC separado que a bateria e o supercapacitor. Para a modelagem, eles presumiram uma capacidade fotovoltaica de 6 kW e uma capacidade da bateria de 4 kWh.
Por meio de uma série de simulações, os cientistas verificaram que a inclinação da autossuficiência geral do sistema diminui quando a capacidade fotovoltaica e da bateria aumenta. “Quando ultrapassa 60%, a inclinação da autossuficiência torna-se muito menor, o que significa que o ponto crítico (KP) fica em torno de 60%, e um grande investimento extra pode gerar apenas uma pequena melhoria na autonomia energética após esse ponto”, explicaram. “Portanto, é razoável definir a autossuficiência em 60% para equilibrar o custo e o grau de autossuficiência.”
Eles também descobriram que, quando a rampa de potência excede 10%, a constante de tempo (TC) da bateria de íons de lítio aumenta e, vice-versa, a TC diminui. Além disso, descobriram que, em dias ensolarados e nublados, a abordagem proposta tem efeito mínimo na redução do ciclo da bateria. “Isso se deve às poucas flutuações de energia nesses dias, e o estado de carga (SOC) da bateria permaneceu no estado ideal sem ajuste da TC”, enfatizaram.
A análise também mostrou que, em comparação com as estratégias de TC fixo, o novo método reduz os ciclos da bateria em 13,2%, de 1,06 para 0,91, com os ciclos de SC aumentando “ligeiramente” de 14,24 para 14,38, o que os cientistas consideraram aceitável devido à longa vida útil dos supercapacitores.
A nova estratégia também melhora a utilização do SC sem afetar a autossuficiência e evita o superdimensionamento e o uso excessivo da bateria. “É amplamente aplicável a diferentes áreas e condições climáticas, especialmente aquelas com irradiância em rápida mudança”, concluíram os cientistas.
Olhando para o futuro, eles desejam incluir fatores adicionais de envelhecimento da bateria e validar suas descobertas com células de bateria reais em condições de campo. “Pesquisas futuras também quantificarão os benefícios econômicos com mais precisão, fornecendo uma análise técnico-econômica abrangente”, acrescentaram.
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