Os sistemas fotovoltaicos são cada dia mais utilizados como alternativa de geração distribuída de energia, porém a grande dificuldade na utilização deste sistema é sua intermitência por sua dependência da luz solar. Desta forma os acumuladores de energia são fundamentais para o gerenciamento adequado de um sistema fotovoltaico, e permitem inclusive a instalação de painéis fotovoltaicos em regiões remotas não atendidas pela rede de distribuição. A escolha das baterias a serem utilizadas como acumuladores passa então a ser a grande questão na montagem de um sistema eficiente, devido aos custos e da vida útil das baterias. No intuito de escolher a bateria mais adequada é necessário simular suas condições de uso em campo e sua durabilidade, esta não é uma escolha simples devido ao grande número de variáveis que influem na vida útil de uma bateria e também pelo rigor que o regime fotovoltaico exige da mesma. Um método de avaliação deve levar em consideração o máximo de processos de envelhecimento sofridos por uma bateria, e ainda simular o mais próximo possível as condições de variação de carga que a bateria sofre. Na literatura é possível encontrar uma série de normas para teste da vida útil de baterias, principalmente as chumbo-ácido. Todas possuem prós e contras, sendo que aquelas que simulam bem o comportamento esperado para uma bateria num sistema fotovoltaico típico duram muito tempo (até mais de um ano), e os testes mais rápidos são significantemente diferentes deste comportamento típico. Por este motivo, os principais pesquisadores desta área sugerem que a utilização de apenas uma dessas normas não é suficiente para uma avaliação definitiva de uma bateria, sendo necessária uma composição de duas ou mais normas para definir suas características de envelhecimento em um sistema fotovoltaico. Como forma de melhorar esta situação o trabalho em questão propõe um novo procedimento de teste que mescla características das principais normas citadas na literatura, e busca evitar a necessidade de mais de um teste para avaliação rápida de baterias em sistemas fotovoltaicos. A construção do modelo foi baseada nos mecanismos de degradação típicos dos componentes internos da bateria e teve o propósito de submeter a mesma a diferentes tipos de stress, entretanto sem que o teste induza a um mecanismo específico de degradação. Os estudos foram realizados com baterias chumbo-ácido devido a sua vasta utilização, seu baixo custo e por serem as utilizadas nas normas internacionais citadas na literatura para avaliação de baterias em sistemas fotovoltaicos. O trabalho contempla as etapas do desenvolvimento do modelo proposto e a avaliação de um modelo de bateria desenvolvida para sistemas fotovoltaicos neste mesmo procedimento, também foram testadas baterias segundo as normas internacionais e realizado um tear down de uma bateria ciclada no método proposto. Os resultados demonstraram que o procedimento proposto é eficaz na avaliação de baterias, de maneira rápida e proporcionando dados relevantes para a definição de se a bateria deve ou não ser utilizada em um sistema fotovoltaico.
The use of Photovoltaic systems as an alternative for distributed generation energy is increasing; however, a serious limitation of these systems is the intermittence and seasonality of the sunlight. Therefore, energy accumulators are fundamental for the proper management of a photovoltaic system, and even allow the installation of photovoltaic panels in remote areas not served by the distribution network. To choose the type and the manufacturer of the battery becomes the great problem on setting up an efficient system for accumulator use due to different cost and the batteries lifetime expectancy. In order to choose the most suitable battery it is necessary to simulate the use in field conditions and durability. This is not a simple task, because there are a large number of variables that affect the battery lifetime. An evaluation method should therefore consider all the aging processes that influences the battery, and even simulate as closely as possible the charge variations suffered by it. In the literature is possible to find a number of lifecycle batteries evaluation standards, especially for lead-acid models. All of them have pros and cons. Those that emulate closely the expected behaviors in a PV system last too long (even years) and those that are faster, differ significantly from a typical profile of charges and discharges in a typical PV system. Because of that, the main authors suggest that the use of only one of these standards is not enough for a definitive battery assessment. The use of two or more standards is required to define how a specific battery ages in a photovoltaic system. In order to improve this situation, this work proposes a new evaluation procedure that uses the main standards features in the literature, and seeks to avoid more than one test for a fast battery evaluation in photovoltaic systems. To conceive this new procedure, it was considered the typical aging mechanisms of internal battery components and has the purpose to submit the battery to different kinds of stresses; however without the induction of a main aging mechanism. The studies were conducted with lead acid batteries due their widespread use, low cost and international standards use for batteries evaluation in photovoltaic systems. This work includes the development stages of the proposed standard and the evaluation of a battery model developed for photovoltaic systems. The same battery model was tested according to three international standards. Also a battery tear down analysis of the battery, after these standardized tests, is presented. The results presented show that the proposed is efficient to evaluate batteries as a fast track, providing relevant data to choose if should be used or not the battery in a Photovoltaic system.
Data da defesa: 27 /02/2014
Banca Examinadora
Orientador(a): Juliano de Andrade (Lactec)
Membro da Banca: Mauricio Pereira Cantão (PRODETEC)
Membro da Banca: Jair Urbanetz Junior (UTFPR)
Palavra(s)-Chave: Bateria. Chumbo-ácido. Fotovoltaico. Procedimento de Avaliação. Sistemas Fotovoltaicos.
Keywords: Lead-acid battery. PV. Evaluation Procedure. Photovoltaic Systems.