Introdução

A integração de um sistema de armazenamento eletroquímico numa instalação fotovoltaica
O sistema doméstico tem como principal objetivo transferir, ao longo do tempo, a produção fotovoltaica para
excesso em relação às horas de consumo não cobertas diretamente pela produção
solar. O indicador mais representativo desta transferência é
o’autonomia energética (em inglês rácio de autossuficiência),
definida como a fração do consumo doméstico coberta pela instalação, calculada da seguinte forma:

autonomia (%) = (consumo total − consumo da rede) / consumo total × 100

Na literatura, valores de autonomia residencial italiana com acumulação dimensionada
normalmente situam-se entre o 60% e o 80%
(ver estudos da RSE de 2022; Quoilin et al., 2016). Esta nota apresenta
os resultados de um acompanhamento interno realizado numa amostra de instalações residenciais
com uma bateria de sódio Heiwit, apresentando uma distribuição concentrada em
valores mais elevados e analisando os fatores tecnológicos que o tornam possível.

Metodologia

Os dados provêm da plataforma de monitorização Heiwit, que recolhe
a cada minuto, os parâmetros elétricos das instalações ligadas.
Para o presente estudo, foram agregados, hora a hora, os seguintes
valores acumulados dos contadores internos do inversor numa janela móvel
de 60 dias:

• energia produzida pelo gerador fotovoltaico;
• energia fornecida à rede (produção);
• energia retirada da rede (entrada);
• energia transferida durante o carregamento e a descarga da bateria.

Foram excluídas as instalações que não dispunham de uma série temporal completa
ao longo do período (instalações com menos de 30 dias ou com interrupções
de comunicação superiores a 15% do tempo). Foram ainda segregados
as instalações que funcionam no modo “Zero Export”, cuja produção fotovoltaica pode
pode estar subestimada devido ao redução impostado pelo inversor
Enquanto se aguarda a autorização de ligação à rede: para estes sistemas
A autonomia é, de qualquer forma, calculável, mas tendo em conta que se trata de
de uma estimativa conservadora em relação ao regime operacional definitivo.

Todas as instalações da amostra estão equipadas com um acumulador de iões de sódio
Heiwit (configuração 16S, ~48 V nominais) com BMS proprietário e
monitorização contínua dos principais parâmetros de estado da bateria
(SoH, ciclo de funcionamento, temperatura da célula).

Resultados

Distribuição da autonomia energética

A autonomia energética média da amostra revelou-se igual a
82%, com um intervalo observado entre 23% e 98%. A distribuição
apresenta um desequilíbrio acentuado para valores elevados, com a grande maioria dos
instalações compreendidas entre o 80% e o 95%.

O dado que se destaca com maior clareza é a concentração de mais de
68% do parque, acima do 80% de autonomia, um nível
geralmente associado, na literatura, a configurações acumuladas
sobredimensionadas ou com padrões de consumo muito regulares. A constatação
que uma amostra operacional heterogénea (cargas diferentes, exposições diferentes,
(em diferentes épocas do ano) atinja estes níveis com dimensionamentos
Este padrão merece uma análise mais aprofundada dos mecanismos que o tornam possível.

Curva de descarga e profundidade utilizada

As baterias de iões de sódio baseadas em cátodos em camadas ou polianíons
(NFPP) apresentam uma curva de tensão de descarga
essencialmente plana num amplo intervalo de estado de carga
(SoC) — normalmente entre 5% e 95% — ao contrário do lítio-ferro
fosfato (LFP), que, embora tenha um platô amplo, encerra a janela útil
alguns pontos percentuais a mais em ambos os extremos. Na prática, isso significa
que a potência fornecida pela bateria de sódio permanece nominal até
níveis de carga muito baixos, sem que o BMS imponha uma redução da potência ou cortes
descargas precoces.

Na prática, isto traduz-se numa profundidade de descarga útil (DoD)
efetivamente aproveitada em alguns pontos percentuais acima de
em comparação com uma bateria de lítio com a mesma capacidade nominal. Numa série diária
num consumo residencial típico, estes pontos adicionais alteram o
transição do regime de “descarga controlada” para o regime de “rede suplementar”
de 30 a 50 minutos, contribuindo diretamente para a melhoria da autonomia
registada.

Comportamento térmico

Uma segunda característica da química do sódio observada nos dados de
A monitorização é a estabilidade do desempenho em função da temperatura
de funcionamento. Já no caso das baterias de lítio, a potência disponível em
em descarga, a temperatura desce sensivelmente abaixo dos +5 °C e, em carga, atinge
normalmente limitada a valores inferiores a 0 °C, nos pacotes de iões de sódio da amostra, a
A potência nominal de descarga manteve-se constante também nos conjuntos de dados
adquiridos em instalações do norte de Itália durante os meses de inverno, com
temperaturas ambientes locais medidas no intervalo de −5 °C a +35 °C.

Esta planicidade a energia térmica tem um efeito prático significativo
sobre a autonomia: nas primeiras horas da manhã, quando o consumo é
tipicamente concentrado (água quente, cozedura, aquecimento elétrico
(auxiliar) e a produção fotovoltaica ainda é mínima, a bateria é capaz de
fornecer a potência exigida pela carga, mesmo que o compartimento técnico
não tem ar condicionado, evitando a cobrança de uma taxa de
rede que, com outras substâncias químicas, seria inevitável.

Discussão

O principal fator que explica a elevada autonomia observada na amostra
analisado, é a combinação de três elementos típicos da tecnologia do sódio:

1. Janela útil alargada do SoC: a curva de tensão plana
   permite operar em descarga até níveis muito baixos sem redução da potência nominal,
   aumentando o DoD efetivamente aproveitado no ciclo diário.
2. Independência em relação à temperatura: a potência nominal
   também está disponível em condições operacionais sem ar condicionado,
   eliminando as perdas de potência típicas das baterias de lítio nos meses frios
   e suportando os picos de carga matinais.
3. Resposta dinâmica dos pacotes e do BMS: a latência
   na transição de carga para descarga (e vice-versa) é inferior a um segundo
   nos sistemas monitorizados, condição que minimiza a fração de consumo
   coberta pela rede em regime transitório.

A estes fatores intrínsecos acrescenta-se um fator sistémico: a
possibilidade de levar a bateria a níveis de carga muito baixos sem
efeitos aceleradores na degradação calendarial e cíclica. As evidências
experimentais publicadas sobre os cátodos NFPP e sobre cátodos do tipo Prussian
White (ver Hwang et al., Chem. Soc. Rev. 2017;
Tapia-Ruiz et al., J. Phys. Energy (2021) indicam uma
ampla janela de stress químico, o que está em consonância com o facto de que, nos nossos
De acordo com os dados, as instalações em funcionamento há mais de 12 meses não apresentam desvios
sistemáticas do SoH em comparação com as mais recentes.

Limitações do estudo

Os resultados aqui apresentados são indicativos de um parque habitacional
italiano e não devem ser generalizados a perfis de consumo diferentes (comercial,
industrial ligeiro, fora da rede). O período de observação de 60 dias
abrange um período sazonal limitado; uma análise ao longo de 12 meses irá consolidar a
estimativa da autonomia mediana e permitirá uma avaliação separada para
semestres de verão e de inverno, em que prevemos uma contração
controlo da métrica nos meses frios (devido à menor radiação solar,
(não devido a limitações tecnológicas da bateria).

É ainda de salientar que uma parte não negligenciável do parque analisado
Encontra-se no regime “Zero Export”, aguardando autorização de ligação
definitiva, situação em que o inversor limita a produção fotovoltaica. Para
Nestas instalações, a métrica de autonomia é uma subestimação em relação ao
regime de funcionamento nominal: prevê-se uma nova alteração
da distribuição para valores mais elevados, uma vez concluído o processo
de autorização.

Conclusões

A análise de campo confirma que, num conjunto residencial italiano
sistema heterogéneo equipado com um acumulador de iões de sódio Heiwit, é
é possível atingir níveis de autonomia energética, em média,
superiores a 80%, com mais de um décimo do parque em
extremos da escala (≥ 95%). As características distintivas da
tecnologia de sódio — curva de descarga plana, independência em relação à
temperatura de funcionamento, ampla janela de funcionamento do SoC — contribuem para
explicar estes valores sem recorrer a sobredimensionamentos
da acumulação.

Nos próximos meses, iremos publicar uma atualização com a cobertura de
um ano civil completo e uma análise separada da distribuição
da autonomia por faixa horária e por época do ano, incluindo um
comparação quantitativa da curva de descarga entre o Na-ion e o LFP, medida
em embalagens do mesmo tamanho no laboratório.