A energia renovável está a tornar-se mais popular para os países adotarem e incluírem na rede elétrica nacional. É também cada vez mais uma escolha para pequenas comunidades e para indivíduos. A capacidade de gerar a sua própria energia e de viver sem dependência da rede eléctrica pública é uma escolha viável para muitos.
Sistemas de energia híbridos pode integrar e capturar diversas formas de energia natural, incluindo solar, eólica e hídrica, bem como conectar-se a geradores independentes e à rede elétrica pública. Este artigo explica como esses sistemas funcionam e quais opções estão disponíveis.
Conteúdo
O crescimento do mercado de sistemas de energia híbridos
Uma introdução aos sistemas de energia híbridos
Componentes de um sistema de energia híbrido
Como selecionar o tamanho certo do sistema de energia híbrido
Considerações finais
O crescimento do mercado de sistemas de energia híbridos
Os sistemas de energia híbridos estão a tornar-se cada vez mais populares em todo o mundo, para residências que vêem flexibilidade e poupança de custos na utilização de energias renováveis para minimizar a dependência de uma rede pública cada vez mais cara.
Em muitos países, há apoio governamental e benefícios fiscais para residências que utilizam sistemas de energia renovável, e alguns países comprarão de volta a energia excedentária aos utilizadores, sempre que disponível.
O mercado global de sistemas de energia híbridos estava US$ 2 bilhões em 2022, e prevê-se que cresça a um ritmo muito positivo Taxa de crescimento anual composta de 10.4% (CAGR), a partir de US$ 2.4 bilhões em 2023 para cerca de US$ 4 bilhões em 2028. As regiões da Europa e da Ásia-Pacífico apresentam o maior crescimento, como mostra o gráfico acima.
Uma introdução aos sistemas de energia híbridos
A energia pode ser gerada a partir de muitas fontes naturais e existe tecnologia para capturar e integrar essa energia a nível nacional. No entanto, todas estas tecnologias estão agora disponíveis em pequena escala e podem ser utilizadas em explorações agrícolas, pequenas comunidades e até mesmo em residências individuais.
A maioria das pessoas está familiarizada com painéis solares em residências para ajudar a gerar energia para casa. Aqueles que vivem em fazendas também podem estar familiarizados com o uso de turbinas eólicas para obter energia. E alguns podem usar fontes de água corrente próximas para gerar energia. Todos estes são meios muito bem estabelecidos de utilização de fontes de energia naturais para complementar ou fornecer energia elétrica completa para a casa.
As residências que usam apenas energia da rede pública são chamadas de 'ligadas à rede' ou 'on-grid', enquanto as residências que geram elas próprias todas as suas necessidades de energia e não usam a rede pública são chamadas de 'off-grid' . As pessoas que vivem em áreas isoladas vivem muitas vezes totalmente fora da rede, seja por necessidade ou por escolha.
Os sistemas de energia híbridos, como o sistema de 5-10 Kw mostrado acima, podem integrar a eletricidade gerada a partir de múltiplas fontes naturais. Se necessário, podem combinar-se com outras fontes de energia, como a rede pública e geradores de combustível autónomos. Os sistemas podem alternar entre diferentes modos de rede dependendo das fontes de energia disponíveis.
Os sistemas de energia híbridos podem usar um ou mais meios para capturar energia, sendo as opções geralmente painéis solares fotovoltaicos (PV) e turbinas eólicas de pequena escala, mas também podem incluir miniturbinas hidrelétricas.
Para cada fonte, a energia é capturada, seja em corrente contínua (CC) ou em corrente alternada (CA). Ele é regulado e armazenado como CC em um banco ou conjunto de baterias. Esta corrente CC é então disponibilizada para a casa como corrente CC, ou convertendo-a para CA através de um inversor, a partir do qual pode ser utilizada por eletrodomésticos conforme necessário.
Componentes de um sistema de energia híbrido
Mais comercialmente disponível sistemas híbridos de energia vêm inclusive com soluções solares e eólicas. Normalmente não incluem quaisquer outras soluções, como geradores, soluções hídricas ou outras formas de fornecimento de energia, como biomassa. Os sistemas que incluem apenas painéis solares fotovoltaicos e nenhuma opção de turbina eólica são geralmente anunciados como sistemas “solares” híbridos.
Os painéis solares vêm em uma variedade de tamanhos e potências diferentes, de cerca de 100 watts a mais de 700 watts por painel. É comum construir uma série de painéis em um telhado, em um espaço plano ou em um ângulo voltado para o sol.
As turbinas eólicas vêm em duas versões principais, tipo horizontal (hélice) e tipo vertical (batedor de ovos). Existem pacotes de sistemas de energia híbridos disponíveis com ambos os tipos de turbina.
Alguns fornecedores definem o preço de seus pacotes a partir de um preço inicial e um preço final dependendo do número de painéis solares, turbinas eólicas e da potência do controlador e inversor.
O controlador de potência e inversor
No “coração” do sistema de energia híbrido estão o controlador e o inversor.
O principal papel do inversor de energia híbrido é converter corrente contínua (CC) em corrente alternada (CA). A rede elétrica pública utiliza CA, pois esta é a corrente mais eficiente para transmissão à distância. O fornecimento elétrico doméstico também é CA, assim como a maioria dos eletrodomésticos.
No entanto, os painéis solares fotovoltaicos geram CC instável, enquanto as turbinas eólicas e hidráulicas geram energia CA instável. As baterias de armazenamento usam DC como a forma mais eficiente de reter a corrente. Portanto, o sistema deve ser capaz de estabilizar qualquer energia recebida e convertê-la em corrente CC para armazenamento. Esse é o trabalho do controlador de potência híbrido.
A estabilização e a conversão de energia podem ser gerenciadas com um controlador separado, como no diagrama fora da rede do fornecedor acima de um sistema híbrido de energia eólica e solar, mostrando um controlador híbrido eólico/solar alimentando a bateria. A energia armazenada da bateria é então convertida em CA pelo inversor que alimenta os eletrodomésticos.
No entanto, alguns inversores modernos funcionam tanto como controlador quanto como inversor, e também podem fornecer funcionalidade de gerenciamento avançada, como relatórios de dados de computador e nuvem.
No diagrama acima de um sistema de energia híbrido, todo o fornecimento é conectado diretamente ao inversor, inclusive de fontes renováveis (energia verde), rede pública e gerador doméstico. O inversor de energia híbrido regula a corrente de todas as diferentes fontes, armazena-a e acessa-a quando necessário para abastecimento doméstico.
Os inversores inteligentes modernos fornecem gerenciamento de energia flexível para:
- controlar a carga de energia renovável,
- armazenar a energia em um conjunto de baterias,
- monitorar e relatar os níveis de carga da bateria,
- alternar o uso entre rede de serviços públicos e baterias,
- converter corrente DC armazenada em corrente AC,
- fornecer eletricidade para aplicações domésticas,
- fornecer qualquer energia excedente de volta à rede de serviços públicos
- fornecer dados em tempo real para a nuvem e para computadores locais.
Os inversores de onda senoidal pura produzem uma corrente CA altamente estabilizada que corresponde à corrente da rede pública. Isto é necessário para fornecer energia limpa e confiável de alta qualidade aos eletrodomésticos, muitos dos quais contêm componentes eletrônicos sensíveis.
Matrizes de baterias de íon de lítio
Qualquer que seja a energia capturada, ela deve ser armazenada para uso quando necessário. Isso é feito com um conjunto ou banco de baterias de íon de lítio. O armazenamento de baterias vem de várias formas, desde baterias muito básicas 'amarradas' com cabo, até armários modernos e limpos que não parecem deslocados em casa e também permitem monitoramento remoto.
A quantidade de armazenamento de bateria necessária dependerá dos requisitos de consumo de energia doméstica do usuário e até que ponto o usuário deseja permanecer independente da rede local. Quanto mais energia for armazenada, mais eletricidade estará disponível para uso fora da rede.
Esta bateria empilhada e conjunto de inversores tem uma aparência de gabinete limpo que o torna adequado para dentro de casa. É empilhável e configurável em múltiplas camadas de bateria de 5 Kw e vem como um sistema completo junto com um inversor e uma camada de controlador. Com quatro camadas de bateria, ele pode fornecer 20 quilowatts de energia por hora para a casa. O desempenho e os níveis da bateria podem ser monitorados através dos displays LED, bem como online através da nuvem e do computador. O preço começa em torno de US$ 749 e dependerá do número de camadas de bateria encomendadas.
Como selecionar o sistema de energia híbrido certo
Opções de captura de energia renovável
Ao selecionar um sistema de energia híbrido, a primeira decisão deve ser quais os tipos de energia renovável que se pretende instalar, com sistemas mais completos incluindo eólico e solar, e se o sistema será fora da rede ou híbrido.
Existem muitos sistemas disponíveis que oferecem opções de turbinas eólicas e painéis solares. Verifique a potência nominal (em quilowatts) que o sistema está especificado para produzir, tanto para os componentes eólicos quanto para os painéis solares.
Se também for necessária energia hidrelétrica ou um gerador local, o comprador deverá verificar com o fornecedor se há problemas de conectividade. Se o sistema for ligado à rede de serviços públicos, o comprador deve saber claramente se a energia virá principalmente de energia renovável, ou principalmente da rede pública, e como o sistema irá alternar entre as duas.
Capacidade do inversor
A decisão sobre um inversor é determinada pela quantidade de energia que será utilizada pela casa a qualquer momento.
O comprador deve calcular a demanda máxima de energia simultânea esperada e quanta energia provavelmente será necessária por hora. Por exemplo, quantos aparelhos diferentes funcionarão ao mesmo tempo e quais seriam?
Cozinhar é um exemplo de alta demanda, já que a maioria dos eletrodomésticos são usados ao mesmo tempo e podem consumir mais de 3 Kw individualmente. O inversor deve ter capacidade suficiente de Kw por hora (Kwh) para atender às necessidades mais extremas, ou o inversor pode ficar sobrecarregado.
Controlador, armazenamento de energia e conjuntos de baterias
A decisão sobre a capacidade do controlador e da bateria é determinada pela quantidade de energia que será coletada e armazenada. O comprador deve calcular quanto armazenamento de bateria será necessário diariamente e estimar onde (e quando) essa energia será gerada.
Por exemplo, se forem utilizadas turbinas eólicas, qual é a quantidade provável de energia gerada durante o dia num dia com vento médio? Que quantidade de luz solar os painéis solares fotovoltaicos serão capazes de capturar e durante que horas do dia? Se a rede pública for utilizada, será em horários específicos, como fora de pico?
A escolha do controlador deve ser adequada às diferentes fontes de energia, e a capacidade da bateria deve ser adequada para todas as prováveis necessidades durante o dia, levando em consideração quando é provável que ocorra a carga da bateria.
Assistência ao fornecedor
Seu fornecedor deve ser capaz de ajudar com os cálculos e pode oferecer uma planilha para ajudá-lo a estimar as necessidades diárias, incluindo picos de captação de energia, bem como picos de uso de energia.
É usual planejar o uso em Quilowatts, com base no cálculo diário e no uso simultâneo. Suas contas mensais de serviços públicos, divididas em um valor diário, podem fornecer o uso médio geral e, portanto, o armazenamento total necessário.
Porém, você também deve ficar atento aos picos de uso. A hora das refeições é um pico comum e vários aparelhos comumente usados têm uma alta demanda de energia. Fornos, micro-ondas, chaleiras elétricas, fritadeiras e torradeiras são exemplos que podem usar entre 1-4Kw, portanto, quando todos somados, resultam no provável consumo simultâneo de energia. Lembre-se também de que outros aparelhos podem ser usados ao mesmo tempo. Aquecimento doméstico, aquecimento de água, amplificadores de potência, TV e WiFi doméstico e carregamento de carros elétricos. Todos estes estão usando o poder também.
Energia excedente e feedback da rede
Se o modelo de custos pretende gerar excedente de oferta que possa ser realimentado para a rede de serviços públicos, então a estimativa deve incluir esse excedente, uma vez que isso pode exigir turbinas eólicas ou painéis solares adicionais.
Ao instalar um sistema de energia híbrido, é importante ter em mente que há um grande custo inicial antes que a economia de custos possa ser alcançada. As turbinas e painéis fotovoltaicos, o controlador e inversor e o conjunto de baterias podem ser caros, além de custos de instalação e um valor adicional para manutenção periódica.
O retorno do investimento pode levar anos, em vez de meses, pelo que o sistema pretendido não deve apenas caber no orçamento, mas também considerar os custos contínuos.
Considerações finais
A disponibilidade de sistemas de energia híbridos de pequena escala permite ao mercado residencial fazer o melhor uso de diferentes fontes de energia renováveis, combinadas com a rede de serviços públicos. Os sistemas típicos vêm com turbinas eólicas verticais ou horizontais adequadas para uso doméstico. Esses sistemas também são fornecidos com painéis solares fotovoltaicos que podem ser convenientemente instalados no telhado.
Há uma ampla variedade de sistemas de energia híbridos disponíveis, que incluem os principais componentes de controladores de energia híbridos, inversores, conjuntos de baterias de armazenamento e software de monitoramento inteligente. O comprador precisará ter clareza sobre as necessidades de energia, quanto precisa ser gerado e quanto precisa ser usado pela casa a qualquer momento.
Os sistemas de energia híbridos exigem um investimento inicial no equipamento e na instalação, e o comprador deve estar ciente de que o ROI provavelmente será distribuído por um longo período. O fornecedor deverá ser capaz de auxiliar nos cálculos para determinar o tamanho correto do sistema, e uma variedade de opções pode ser encontrada no showroom on-line em Chovm.com.
